Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures - ICMN

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Proposition de stage de Master 2

Responsable(s) du stage : Joël Puibasset, Chargé de Recherche CNRS.

Profil souhaité : Une formation initiale de physicien est requise (Licence de physique), ainsi qu’une solide formation théorique en physique de la matière condensée, physique statistique et transitions de phase.

Titre : Modélisation numérique de liquides confinés en tension capillaire

Objectifs scientifiques :
Notre équipe « système Nanostructurés et Confinés » est internationalement reconnue pour ses activités dans le domaine des nanosciences. Nous étudions en particulier l’effet du confinement nanométrique sur les propriétés physico-chimiques de fluides simples ou complexes, avec de nombreuses retombées en catalyse hétérogène, caractérisation des milieux poreux, systèmes biologiques, séquestration du CO2, etc.

Lorsque la taille des pores est nanométrique, les tensions capillaires sont de l’ordre du bar, et jouent un rôle prépondérant sur les propriétés du fluide. A cela s’ajoute l’effet des interfaces fluide-solide qui augmente avec la surface spécifique du milieu poreux, entrainant une modification du « diagramme de phase » du fluide confiné. En particulier, ce dernier peut être liquide à l’intérieur du milieu poreux tout en étant en équilibre avec sa vapeur située à l’extérieur. Si les canaux reliant le liquide au gaz présentent des hétérogénéités physico-chimiques, la pression du liquide dans les pores sera elle-même hétérogène, et éventuellement négative (tension capillaire) si les canaux présentent de fortes étroitures, comme par exemple dans une géométrie de type bouteille d’encre.

L’objectif du stage est d’étudier les propriétés du liquide confiné et en tension capillaire. Le travail s’appuiera sur le savoir-faire du laboratoire en matière de simulation numérique de fluides confinés, ainsi que sur des expériences menées dans les laboratoires partenaires (INSP et LPS-ENS à Paris, et Institut Néel à Grenoble, dans le cadre du contrat ANR-17-CE30-0002-04, CavConf). La première étape consistera à déterminer la meilleure stratégie numérique pour aborder la question. L’étudiant disposera d’outils de recherche bibliographique pour l’aider dans cette tâche. L’étape suivante consistera à réaliser des simulations afin de caractériser la structure et la dynamique du fluide confiné, en lien avec la formation de bulles (cavitation). Les résultats obtenus apporteront les premiers éléments de réponse quant à l’influence du milieu poreux sur les propriétés hors équilibre d’un liquide sous tension.