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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Influence de la vitesse de séchage sur les rugosités de surface d'un film formé par évaporation de suspensions colloïdales

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : BONAMY Daniel,
e-Mail : daniel.bonamy@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 21 14
Laboratoire : SPEC/SPHYNX

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-3 mois
Date limite de constitution de dossier : 05/04/2018

Résumé :
Il s'agit ici de comprendre, au travers d'expériences sur une suspension colloïdale modèle, comment la vitesse d’évaporation sélectionne l'organisation statistique des rugosité de surface sur les films obtenus après séchage . L'interprétation de ces expériences à l'aide de certains formalismes récents de physique statistique nous permettra alors de mieux comprendre les lois régissant l’interaction entre colloïdes et leur évolution au cours du séchage.

Sujet détaillé :
Le séchage d’une couche de suspension colloïdale conduit à la formation d’un film solide plus ou moins poreux, plus ou moins transparent et plus ou moins sensible à la fracturation. Ce procédé est au cœur de nombreuses applications industrielles : procédé sol-gel de fabrication des verres, céramiques, nanocomposites ou hybrides organo-minéraux dans l’industrie chimique et médicale, peintures et vernis de protection dans les domaines verriers et aéronautiques, plâtres et bétons haute performance dans le génie civil... De fait, comprendre pour ensuite contrôler les mécanismes qui régissent la résistance, la porosité, la rigidité et les propriétés optiques du film obtenu représente un défi d’importance. Ces propriétés macroscopiques traduisent de manière fine la façon dont les particules colloïdales intéragissent et s’organisent au cours du séchage.

L’objectif de ce stage est d’étudier, sur une suspension colloïdale modèle (billes de silice nanométrique en suspension dans l’eau), l’influence de la vitesse d’évaporation sur ces mécanismes d’auto-organisation, au prisme des rugosités de surface et de leur organisation statistique. Des formalismes récemment développés en physique statistique (modèles dits de croissance d’interfaces rugueuses) permettent en effet de relier certaines propriétés morphologiques particulières, comme la dimension fractale, l’exposant de Hurst, le spectre de Fourier… à l’agitation thermique et aux lois régissant l’interaction entre les colloïdes. Certaines corrugations observées sur la surface à haute vitesse de séchage pourraient traduire une instabilité de flambage sous-jacente, et par suite nous informer sur le niveau de contrainte induit pendant le séchage.

Ce sujet de stage, fortement pluridisciplinaire, se situe à l’interface entre matière molle, physique statistique et mécanique des matériaux. Le candidat retenu aura l’opportunité de manipuler les outils théoriques et expérimentaux utilisés dans ces trois domaines et bénéficiera pour cela d’un encadrement fortement pluridisciplinaire incluant des chercheurs aux expertises couvrant ces trois domaines.
Techniques utilisées au cours du stage :
Expérience modèle Imagerie Profilomètrie Analyse statistique

Mots clés : Physique Statistique, fluides complexes, suspensions colloidales

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