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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

6 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 22-01-2021


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• Matière molle et fluides complexes

 

Conception et caractérisation d’hydrogels multi-stimulables

SL-DRF-21-0440

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Interfaces et Matériaux (GIM)

Saclay

Contact :

Fabrice COUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Fabrice COUSIN
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/MMB

01 69 08 67 73

Directeur de thèse :

Fabrice COUSIN
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/MMB

01 69 08 67 73

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/fabrice.cousin/

Labo : http://iramis.cea.fr/LLB/MMB

L’objectif de la thèse est l’élaboration et la caractérisation d’hydrogels « intelligents » susceptibles de répondre à différents types de stimuli : pH, force ionique, température mais également le cisaillement. L’idée est d’utiliser des auto-assemblages de tensioactifs comme nœuds de réticulation, en formant les hydrogels avec des polymères terminés par une courte ancre alkyle permettant leur insertion dans le cœur hydrophobe des auto-assemblages. Les transitions de phase des auto-assemblages de tensioactifs devraient permettre d’obtenir des systèmes pour lesquels le nombre et la morphologie des nœuds de réticulation (micelles sphériques ou discotiques, tubes multi-lamellaires par exemple…) pourront être modifiés in-situ par des modifications de paramètres physicochimiques tels que la température, la force ionique ou le pH. En utilisant des polymères dont la conformation est elle-même modulable par ces paramètres physico-chimiques, nous obtiendrons des hydrogels qui pourront ainsi répondre à des stimuli de façon synergétique via les nœuds et via les chaînes. Ces gels seront caractérisés en couplant des mesures structurales par diffusion de rayonnement (neutrons, rayons X, au repos et en traction) avec des mesures rhéologiques macroscopiques.
Conversion de l'énergie thermoélectrique en ferrofluides pour un capteur de chaleur solaire hybride

SL-DRF-21-0299

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Sawako NAKAMAE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Sawako NAKAMAE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Directeur de thèse :

Sawako NAKAMAE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Pisp/index.php?nom=sawako.nakamae

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Voir aussi : https://www.magenta-h2020.eu

Les matériaux thermoélectriques (TE) capables de convertir la chaleur en électricité sont considérés comme une solution possible pour récupérer la chaleur fatale provenant du flux de déchets industriels, de moteurs, d’appareils électroniques ménagers ou de la chaleur corporelle. Depuis plusieurs années, au sein du laboratoire SPHYNX nous explorons les effets thermoélectriques dans les nanofluides ioniques, où des nanoparticules chargées électriquement servent à la fois de porteurs de chaleur et d'électricité. Contrairement aux matériaux solides, plusieurs effets TE interdépendants se produisent dans ces fluides, en donnant des valeurs du coefficient thermoélectrique généralement supérieures d'un ordre de grandeur à celles des semiconducteurs solides. De plus, les liquides thermoélectriques sont constitués de matières premières abondantes, et ils font l'objet d'une attention particulière en tant que futurs matériaux TE peu coûteux et écologiques. Alors que les origines précises des phénomènes thermoélectriques dans ces fluides sont encore débattues, nos résultats expérimentaux indiquent que les natures physico-chimiques d’interface particule-liquide y jouent un rôle décisif.



L'objectif du projet de doctorat est double. Premièrement, nous étudierons les mécanismes thermodynamiques sous-jacents à la production du potentiel thermoélectrique dans les nanofluides par mesures systématiques du coefficient Seebeck et le courant électrique produits. Les résultats seront comparés à leur propriétés thermo-diffusives étudiées par ailleurs dans le cadre d'actions de collaboration. Deuxièmement, le projet vise à développer des dispositifs de capteurs solaires hybrides de niveau « preuve de concept », capables de co-générer de la chaleur et de l'électricité. Ce dernier fait partie d'un projet en cours, SolTE-Hybrid (financement PALM-Valorisation) qui a démarré en septembre 2020.



Le projet de recherche proposé est principalement expérimental, impliquant des mesures thermoélectriques, thermiques et électrochimiques ; la mise en place d'un système d'acquisition de données automatisé et l'analyse des données obtenues. Des notions de thermodynamique, de physique des fluides et de physique de l'ingénierie (des dispositifs), ainsi que des connaissances pratiques sur la manipulation des dispositifs de laboratoire sont souhaitées. Des connaissances de base en optique et en électrochimie sont un plus mais pas obligatoires. Pour les étudiants motivés, des simulations numériques utilisant des logiciels CFD commerciaux peuvent également être envisagées.
Devenir de nano-asssemblages lipidiques à visée thérapeutique dans un milieu biomimétique

SL-DRF-21-0416

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Frédéric GOBEAUX

Fabienne TESTARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Frédéric GOBEAUX
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 55 21

Directeur de thèse :

Fabienne TESTARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 96 42

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/fabienne.testard/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/frederic.gobeaux/

Il est désormais bien établi que lors de l’introduction de nanoparticules minérales dans un milieu biologique il se forme une couche complexe de protéines adsorbées à leur surface (souvent appelée « couronne de protéines »), ce qui a pour effet de leur donner une nouvelle identité biologique qui définira leur bioactivité. Cependant, le devenir de nanoparticules « molles » (à base de polymères ou d’assemblages lipidiques tels les cubosomes) a beaucoup moins été étudié. Des études récentes suggèrent par exemple que les protéines du sang désassemblent les nano-assemblages lipidiques plutôt que de s’adsorber à leur surface, ce qui a évidemment des conséquences sur la libération et le transport des principes actifs qu’il convient d’évaluer précisément. Un autre facteur important pour la vectorisation dans le sang est le flux hydrodynamique qui impose une contrainte sur les nanoparticules.



Dans ce sujet de thèse nous examinerons le rôle du flux hydrodynamique sur les nanoparticules molles et les interactions de ces mêmes nanoparticules avec des fluides biologiques afin de modéliser leur comportement dans la circulation sanguine.
Modélisation par les données et théorie des suspensions actives denses

SL-DRF-21-0417

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Hugues CHATE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Hugues CHATE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087535

Directeur de thèse :

Hugues CHATE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087535

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=chate

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/sphynx/

Contexte : La matière active --composée d’unités convertissant de l'énergie en travail mécanique-- est actuellement un domaine de la physique statistique en pleine croissance, avec de nombreuses connexions en biologie. Même si les connaissances progressent rapidement, la compréhension théorique fine des résultats expérimentaux reste souvent assez superficielle.



Travail envisagé : Nous avons récemment développé des modèles de micronageurs en interaction simples, versatiles, et numériquement efficaces dont nous avons montré qu’ils peuvent décrire quantitativement des expériences réalisées sur des colonies de bactéries [PNAS 116, 777 (2019)]. Ces modèles traitent les interactions de champ court entre micronageurs de manière effective. Pour rendre cette modélisation par les données plus performante, nous projetons d’utiliser des méthodes AI/ML à la fois pour apprendre, à partir de données expérimentales respectivement locales et globales, les interactions effectives locales et les jeux de paramètres optimaux du modèle. Une deuxième étape consistera à dériver des théories continues à partir des modèles particulaires (méthodes de type théorie cinétique), et de les « recaler » sur les données, si possible par apprentissage des coefficients de transport.



Résultats attendus : jumeaux numériques efficaces de fluides bactériens denses, théories quantitatives dérivées des données pour ces systèmes. Méthodologie innovante pour la modélisation quantitative des suspensions actives et des matériaux actifs biomimétiques.

Métamatériaux hiérarchiques à base de nanocomposites polymères

SL-DRF-21-0404

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Valérie GEERTSEN

Patrick GUENOUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Valérie GEERTSEN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0643360545

Directeur de thèse :

Patrick GUENOUN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.geertsen/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/daniel.bonamy/

La réduction de la densité des matériaux est une des voies privilégiées pour réduire notre empreinte énergétique. Une des solutions consiste à remplacer les matériaux massifs par des micro-réseaux. Parmi ceux-ci, les structures d’architecture aléatoire et hiérarchique inspirées de la structure osseuse possèdent les meilleurs atouts avec des réponses mécaniques isotropes et des résistances à la rupture accrues tout en répondant aux enjeux de l’économie circulaire. Peu consommateurs de matière, ces métamatériaux sont fabriqués par impression 3D et peuvent être compactés en fin de vie. Parmi toutes les technologies de fabrication, l’impression par polymérisation UV de résine liquide organique est la plus prometteuse. Ces résines peuvent être chargées de nanoparticules afin de moduler les propriétés des métamatériaux ou servir de précéramiques. Malheureusement cette fabrication est actuellement consommatrice de solvant organique et souvent empirique car dépendant de procédures d’impression par essai-erreur.



La thèse proposée ici consiste à mettre au point l’impression de structures en microréseaux composites depuis la formulation de la résine jusqu’à l’étude des propriétés mécaniques en passant par l’étape d’impression et de post-traitement. Par cette étude multidisciplinaire allant de la molécule chimique à la physique statistique, il s’agira de faire le lien entre la science et la technologie et créer les données de base à un jumeau numérique. La thèse s’attachera en particulier à étudier la formulation de résine lavable à l’eau de type acrylate additionnée de nanoparticules de silice modèle synthétisés au laboratoire et ses répercussions sur les objets imprimés massifs ou structurés. Ceci permettra de mieux appréhender l’ensemble des processus et fournira des données de base sur les propriétés d’élasticité et résistance à la rupture qui serviront de socle à la modélisation numérique.
Stochasticité spontanée et singularités en turbulence

SL-DRF-21-0370

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Bérengère DUBRULLE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Bérengère DUBRULLE
CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087247

Directeur de thèse :

Bérengère DUBRULLE
CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087247

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/berengere.dubrulle/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/sphynx/

On sait depuis Lorentz que les mouvements des fluides, notamment l’atmosphère et l’océan est chaotique : dans l’espace des phases, deux points initialement proches, s’écartent exponentiellement, permettant ainsi de produire le fameux effet papillon. Ce qu’on sait moins, c’est que ces mêmes fluides sont victimes d’un phénomène encore plus violent appelé "stochasticité spontanée", au cours duquel deux points de l’espace physique se séparent algébriquement de façon indépendante de leur distance initiale. Les mathématiciens suspectent que ce phénomène, observé dans des simulations numériques, est créé par l’existence de singularités dans les équations du mouvement, brisant ainsi l’unicité des solutions. Par contre, il n’existe à ce jour aucune démonstration expérimentale de ce phénomène, ni de preuve de son lien avec des singularités ou quasi-singularités.



Le but de cette thèse est de combler ces lacunes en utilisant une nouvelle expérience appelée GVK. Cette expérience a été spécialement conçue pour explorer la dynamique de particules et des mouvements turbulents, avec une résolution jamais atteinte jusqu’à présente. Au cours de cette thèse, on effectuera des mesures expérimentales à l’aide de dispositif d’imagerie vélocimétrique, et on analysera les données pour mettre en évidence le phénomène, et ses liens possibles avec des quasi-singularités.



La quête des singularités dans les équations d’Euler ou de Navier-Stokes représente un problème bien connu (cf. AMS Millenium Clay Prize), mais les récentes avancées, tant au niveau numérique qu’expérimental, remettent ce problème de nouveau d’actualité. En particulier, notre groupe a récemment mis en évidence, dans un écoulement turbulent de laboratoire, l’existence d'événements intenses de dissipation d'énergie non-visqueuse qui pourraient être associés aux singularités recherchées par les mathématiciens (Saw et al, Nature Communication 7 (2016) 12466).

 

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