SPHYNX
Systèmes Physiques Hors-équilibres hYdrodynamiques éNergie et compleXité

Welcome / Bienvenue au SPHYNX

out-of-equilibrium Systems and Physics - HYdrodynamics -  eNergy and compleXity

 

drapeau français

The SPHYNX team / L'équipe SPHYNX

 

Our current research subjects focus on the following domains:


 

SPHYNX, created in January 2012, consists of 20 permanent researchers, engineers and technicians from CEA and CNRS. Our active research efforts encompass a wealth of multidisciplinary characters; theoretical, numerical and experimental, to studyphysical systems that are far from equilibrium.

Statistical physics of equilibrium systems provides today a well-established framework for classical thermodynamics. However, most 'real world' systems found in condensed matter, biology, natural or industrial macrocosms are out-of-equilibrium, either because of the presence of external forcing or because they cannot relax back to equilibrium. These systems are often non-linear, disordered and/or complex and present emerging properties of their own.

The goal of SPHYNX is to gather researchers working on different objects but using common tools, those of the statistical physics to tackle the same challenge, that of complexity.

 

Contact: Saco NAKAMAE (Responsable du SPHYNX)

 
#214 - Màj : 13/12/2023
Thèmes de recherche

Statistical physics in mechanics

Understanding the relations between materials microstructure and their mechanical properties is of outmost importance in  geophysics and for industrial design. Concerning material failure, the competition between stress enhancement in the vicinity of cracks and disorder in the material microstructure makes it rather complex to predict. However, the tools of out-of-equilibrium statistical physics provide the proper framework to describe crack growth.

Statistical physics in mechanics
Physique statistique et systèmes complexes

Physique statistique et systèmes complexes

Un système complexe est constitué d'un grand nombre d'entités en interaction, dont on ne peut prévoir le comportement ou l'évolution par un calcul simple (ex : étude des transitions de phase, turbulence dans un liquide, milieu granulaire, vols d'étourneaux...

Conversion de l'énergie

Le développement des nouvelles technologies pour l'énergie implique de maitriser les processus de conversion entre ses différentes formes (solaire, thermique, chimique, électrique, mécanique, ...),  ainsi que les procédés de stockage  : L'énergie solaire peut être directement transformée en énergie électrique via les processus photovoltaïques et stockée dans des accumulateurs.

Conversion de l'énergie
Voir aussi
Voir aussi
2012 SPHYNX Publications : 2012   Publications
2013 SPHYNX Publications : 2013   Publications
2014 SPHYNX Publications : 2014   Publications
2015 SPHYNX Publications : 2015   Publications
IMAFMP Publications : IMAFMP   Publications
Matière Active - Matière Granulaire / Active matter - Granular matter : Matière active : Modélisation d’expériences in vivo Classes d’universalité Interactions non décomposables en paires Equations continues Nouveaux modèles Renormalisation non perturbative Criticalité auto-organisée Voisinages non métriques Matière granulaire : Interaction particules-fluide en rotation. Méca. Stat.
Physique de systèmes (modèles) biologiques : L’immense complexité du vivant a pu faire croire que les méthodes de la physique ne pouvaient être utiles pour le comprendre.
SPHYNX Publication List 2007-2011 : 2008 - 2011   Publications
SPHYNX Publications : 2016   Publications
Faits marquants scientifiques
02 février 2024
Active particles can form two-dimensional crystals that are different from those formed by passive particles in equilibrium, showing extreme spontaneous deformation at large scales without melting.
21 juin 2023
Le verre est un matériau de la vie courante. Le terme désigne aussi toute une classe de solides, verres minéraux, organiques, métalliques..., dont on cherche à mieux définir et mieux comprendre la structure désordonnée, à l'origine de leurs propriétés bien spécifiques.
22 novembre 2022
En lui décernant le prix Irène Joliot-Curie 2022, l’Académie des sciences nomme Bérengère Dubrulle, Directrice de recherche CNRS au Service de physique de l'état condensé (SPEC, CEA/CNRS/Univ. Paris-Saclay - UMR 3680) "Femme scientifique de l’année". Voir le communiqué du ministère de la Recherche - Plaquette de l'Académie des Sciences.  
03 août 2022
Une collaboration de chercheurs du SPEC et du LMFL explorent l’origine de l’irréversibilité de la turbulence grâce à un nouveau dispositif expérimental à grande échelle : Giant Von Kármán - GVK, unique par ses dimensions.
03 juillet 2022
La matière active est composée d'entités individuelles convertissant de l'énergie en travail, ce qui entraine leur mise en mouvement, et leur permet de s'organiser spontanément du fait de leurs interactions mutuelles. De nombreux systèmes vivants peuvent être vus sous cet angle, mais aussi, de plus en plus, des ensembles de microparticules actives synthétiques ou extraites de cellules.
11 mars 2022
​Une collaboration menée par le LSCE (CEA-CNRS-UVSQ), avec l'Iramis (SPEC/SPHYNX), applique pour la première fois une technique d'apprentissage automatique utilisée en linguistique à des bulletins météorologiques quotidiens couvrant 70 années. La voie est désormais ouverte à des analyses climatologiques hors d'atteinte pour les experts humains ! 
16 novembre 2021
In a recent paper published in PNAS, Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC), Xia-qing Shi and the group of Tian Hui Zhang (Soochow University)  show that subcritical active matter exhibits novel collective self-organized dynamics. They used “Quincke rollers”, i.e. colloidal spheres at the bottom of a cell filled with conducting fluid submitted to a vertical electric field.
28 février 2021
La plupart des fluides qui nous entourent -atmosphère, océans, rivières- sont turbulents et caractérisés par des mouvements tourbillonnaires et fluctuants sur une large gamme d’échelles spatiale et temporelle.
19 février 2021
Une équipe réunissant des chercheurs du SPEC, de l’IPhT et de l’ENS-Paris a montré l’absence de transition de Gardner dans un verre moléculaire archétypique – le glycerol - jusqu’à une température de 10 K.
08 juillet 2020
Contacts SPEC : Dana Stanescu, Helene Magnan, Jean-Baptiste Moussy, Cindy Rountree, Antoine Barbier
Les matériaux ferroélectriques ont connu un essor considérable en raison de leurs applications potentielles dans des domaines comme la spintronique ou la conversion de l’énergie solaire1–3. Au SPEC nous avons étudié le rôle des interfaces, du substrat et des couches d’oxyde supérieures sur les propriétés ferroélectriques des hétérostructures à base des couches minces de BaTiO34.
12 juin 2020
Des chercheurs de SPEC/SPHYNX, du CNRS-Université de la Sorbonne/PHENIX et du LLB/MMB publient une étude complète sur des suspensions colloïdales modèles dans un liquide ionique.
13 décembre 2019
La ténacité d’un matériau définit sa résistance à rupture. Si on sait la mesurer expérimentalement de manière précise, on ne sait pas, à l’heure actuelle, prévoir sa valeur à partir de la structure atomistique du matériau considéré, même dans les cas les plus simples.
17 décembre 2018
Dans un article publié le 28 décembre 2018 dans PNAS [1], le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC), en collaboration avec celui de Hepeng Zhang à l’Université Jiao Tong de Shanghai, a réussi à modéliser quantitativement la structure et la dynamique des défauts topologiques d’un cristal liquide actif fait de bactéries.
05 novembre 2018
Collaboration SPEC - Université de Cambridge
In a recent article published in Phys. Rev. X [1], a collaboration between C. Nardini (SPEC) and Cambridge University studied phase separation phenomena in active colloidal fluids. It was shown that microphase separation, or phase separation between a vapour-like phase and a seemingly boiling liquid, should be generically expected. The analysis provides the basic framework to control these new phases of matter in future experiments.
21 août 2018
La convection thermique est à l'origine des écoulements turbulents au sein des atmosphères planétaires, des océans, des étoiles et des planètes. En astrophysique, un des objectifs est de déterminer les lois régissant le transport convectif de chaleur, afin de les inclure dans les modèles d'évolution stellaire.
19 mai 2018
Dans un article publié le 17 Mai 2018, dans la revue Cell, l'équipe dirigée par Guillaume Duménil à l'Institut Pasteur, en collaboration avec le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC) et celui de Raphaël Voituriez (UPMC), décrypte une étape clé de l’infection causée par le méningocoque, un pathogène humain responsable de méningites chez les nourrissons et les jeunes adultes.
12 avril 2018
Pour l'ensemble des activités humaines, les pertes thermiques représentent 20 à 50 % de la consommation totale d'énergie. Récupérer sous forme d'électricité une fraction de cette chaleur résiduelle aujourd'hui perdue, améliorerait grandement notre efficacité énergétique.
28 mars 2018
Les séismes majeurs sont imprévisibles et pourtant l'analyse statistique des évènements précurseurs et des répliques au choc principal suivent des lois statistiques aujourd'hui bien établies, mais dont l'origine reste encore très mal comprise. En physique statistique, les mêmes lois peuvent s'appliquer à des systèmes en apparence très différents.
02 septembre 2017
Dans une expérience de laboratoire, les chercheurs de l’Iramis/SPEC ont observé qu'un écoulement très turbulent pouvait présenter une dynamique chaotique entre plusieurs régimes d'écoulements métastables.
07 juillet 2017
​En s'appuyant sur une expérience de laboratoire, des chercheurs de l'Iramis et du LSCE proposent un jeu de trois équations "simples" pour représenter un écoulement très turbulent. Ces équations conduisent à un comportement extrêmement chaotique qu'on pourrait qualifier de "super-effet papillon".
14 mai 2017
Les mouvements de convexion des plasmas ou liquides conducteurs au cœur des étoiles et de certaines planètes sont à l'origine de l'émergence spontanée d'un champ magnétique par effet dynamo.
23 janvier 2017
An international team published in Nature, the discovery and interpretation of a surprising form of biological collective motion:  They observed that millions of motile cells in dense bacterial suspensions can self-organize into highly robust collective oscillatory motion, while individuals move in an erratic manner.
23 janvier 2017
Une équipe du Service de Physique de l'État Condensé (IRAMIS/SPEC – UMR 3680 CEA-CNRS) est coordinatrice du projet européen H2020 – FET Proactive* MAGENTA, qui est lancé le 23 janvier 2017, pour une durée de 4 ans (2017-2020).
12 août 2016
L'énergie mécanique injectée dans un fluide visqueux se dissipe sous forme de chaleur par l'effet de la viscosité. Cette conversion est extrêmement complexe, et s’opère via des mouvements tourbillonnants sur une large gamme d’échelles. Les physiciens pensent que ce processus est bien décrit par les équations de Navier-Stokes.
01 juin 2016
Les verres forment l’essentiel de nos matériaux du quotidien, et prennent une place croissante dans les technologies modernes (fibres optiques, etc…).
02 octobre 2015
Pour relever le défi de l’accès à une énergie propre et durable il faut mener des efforts de recherche technologique mais aussi poser – ou réexaminer – des questions fondamentales sur la conversion d'énergie, toujours accompagnée de dissipation et d’une production d’entropie.
04 septembre 2015
Les comportements d'imitation constituent la clé de voute de très nombreux phénomènes collectifs observés dans les groupes animaux.
20 février 2015
La turbulence dans un fluide est un phénomène familier, qui se caractérise par la présence de tourbillons de toutes tailles et un comportement désordonné et imprédictible.
14 novembre 2014
L’effondrement de structures molles est un phénomène omniprésent dans notre quotidien : la mousse d’un cappuccino soutient son poids, mais se brise irréversiblement sous les coups de cuillère impitoyables du chercheur en mal de caféine ; une pile de sable résiste au vent mais s’effondre lorsque l’on marche dessus.
09 avril 2014
Collaboration entre l'IRAMIS/SPEC du CEA et le Centre de Recherches sur la Cognition Animale (UMR 5169, UPS - CNRS)
  En collaboration avec des biologistes et physiciens du Centre de Recherches sur la Cognition Animale de Toulouse, l'équipe de Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC/SPHYNX) a construit puis étudié un modèle permettant de simuler numériquement la dynamique collective d'un banc de poissons.
Publications HAL

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Thèses
3 sujets /SPEC/SPHYNX

Dernière mise à jour :


 

Etude expérimentale des couches limites en convection turbulente par spectroscopie multi-diffusive.

SL-DRF-24-0355

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 :

Sébastien AUMAITRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Sébastien AUMAITRE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX


Directeur de thèse :

Sébastien AUMAITRE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX


Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/sebastien.aumaitre/

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

Le but de cette thèse est de réaliser la première mesure expérimentale de l’énergie dissipée dans les couches limites en convection turbulente dans la configuration de Rayleigh-Bénard. En effet, des théories affirment que cette quantité contrôle le flux de chaleur transporté de la paroi chaude vers la paroi froide alors même que l’efficacité du transport turbulent en convection fait l’objet de débats. Les propriétés du transport turbulent sont pourtant essentielles à comprendre pour décrire la dynamique du climat et de nombreux objets astrophysiques.

Pour estimer l’énergie dissipée, il faut pouvoir mesurer la norme du gradient des vitesses. Cette quantité est difficilement accessible avec les techniques d’anémométries classique qui mesurent les champs de vitesse avec une résolution limitée. Ces gradients sont également couteux à obtenir numériquement sur des temps longs. Mais nous avons mis au point une technique de mesure directe de la norme des gradients de vitesse grâce à la Spectroscopie par diffusion multiple. Elle nous permettra de mesurer les structures dissipatives et le taux énergie dissipée dans les couches limites
Nanofluides thermoélectriques pour un capteur de chaleur solaire hybride

SL-DRF-24-0358

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 : https://iramis.cea.fr/spec/Pisp/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 produit. Il s'agit de la production de l'entropie de transfert d'Eastman de nanoparticules sous les gradients de concentration, de température et de potentiel électrique. Les résultats seront comparés à leur propriétés thermo-diffusives et absorptions optiques étudiées par ailleurs dans le cadre d'actions de collaboration.
- Deuxièmement, le projet vise à utiliser les fluides plus prometteurs dans les capteurs hybrides solaires-thermoélectriques prototypes développés actuellement et de les optimiser pour démontrer leur capacité à cogénérer chaleur et électricité.

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 aussi bien que les mesures d'absorption optique au laboratoire partenaire (LNO/CNR, Florence, Italie) peuvent également être envisagées.
Réponse diélectrique d’un liquide vitrifiable fortement hors équilibre

SL-DRF-24-0279

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 :

Marceau HENOT

François LADIEU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

Marceau HENOT
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX


Directeur de thèse :

François LADIEU
CEA - DRF/IRAMIS

01 69 08 72 49

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/marceau.henot/

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

Les matériaux à l’état vitreux présentent un grand intérêt pratique et on les retrouve dans nombre d’applications : les verres de silice comme matériaux pour la construction ou les transports, les matières plastiques qui sont généralement au moins partiellement vitreuses ou les alliages métalliques vitreux pour des applications de pointe. Or les propriétés physiques de ces matériaux (par exemple la solidité d’un écran de téléphone) dépendent du traitement thermique qu’ils ont reçu au cours de leur formation et plus particulièrement de la vitesse de refroidissement à partir de l’état liquide. Si les procédés industriels de fabrication des verres sont évidemment bien maîtrisés, la nature hors-équilibre thermodynamique de ces systèmes rend particulièrement difficile l’investigation théorique et numérique des mécanismes physiques à l’œuvre. Cela rend nécessaire une approche expérimentale visant à sonder ces mécanismes fondamentaux.

Cette thèse vise à étudier expérimentalement la réponse très hors équilibre de liquides polaires à l’aide d’un dispositif développé récemment au sein du laboratoire permettant d’appliquer à un liquide un changement très rapide de température et de suivre sa dynamique de rééquilibration. Des mesures de réponse linéaire devrait permettre d’en savoir plus sur les mécanismes physiques gouvernant l’équilibration tandis que des mesures non-linéaires renseigneraient sur la nature coopérative des réarrangements structuraux.
Stages
Conversion de l'énergie thermoélectrique en nanofluides pour un capteur de chaleur solaire hybride
Thermoelectric energy conversion in nanofluids for hybrid solar heat & power generator

Spécialité

Physique des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

08/05/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

NAKAMAE Sawako
+33 1 69 08 75 38/93 07

Résumé/Summary
Dans le cadre du stage expérimental proposé, nous étudierons les lois fondamentales de la physique qui sous-tendent les propriétés optiques, thermiques et thermoélectriques des nanofluides. En parallèle, l'optimisation et la validation de dispositifs hybrides solaires-capteurs de démonstration seront menées afin de montrer la faisabilité de la cogénération de chaleur et d'électricité afin de montrer la faisabilité de la cogénération de chaleur et d'électricité.
In proposed experimental internship, we will investigate the fundamental laws of physics behind the optical, thermal and thermoelectric properties of nanofluids. In parallel, the optimization and validation of the proof-of-concept hybrid solar-collector devices
will be conducted in order to demonstrate the co-generation feasibility of heat and electricity.
Sujet détaillé/Full description
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 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 produit. Il s'agit de la production de l'entropie de transfert d'Eastman de nanoparticules sous les gradients de concentration, de température et de potentiel électrique. Les résultats seront comparés à leur propriétés thermo-diffusives et absorptions optiques étudiées par ailleurs dans le cadre d'actions de collaboration. Deuxièmement, le projet vise à utiliser les fluides plus prometteurs dans les capteurs hybrides solaires-thermoélectriques prototypes développés actuellement et de les optimiser pour démontrer leur capacité à cogénérer de la chaleur et de l'électricité. 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 aussi bien que les mesures d'absorption optique au laboratoire partenaire (INO/CNR, Florence, Italie) peuvent également être envisagées.
Today, much of world’s consumed energy is lost to waste heat through all levels of human activity. For example, thermal loss consists 20 to 50 % of total energy consumption across different industrial sectors and as high as 60-70% in current gasoline and/or diesel powered. In such context, if even a small fraction of ‘waste-heat’ could be converted into more useful forms of energy (e.g., electrical, mechanical, etc.), it would result in tremendous savings to global energy consumption. Thermoelectric (TE) materials that are capable of converting heat into electricity have been considered as one possible solution to recover the low-grade waste-heat (from industrial waste-stream, motor engines, household electronic appliances or body-heat). The thermoelectric effect (the Seebeck effect) describes a material’s intrinsic property to directly convert temperature difference (dT) applied across its body into electric voltage (dV) and vice-versa; dV = -SedT, where Se is known as “the Seebeck coefficient.” So far, solid semiconductor-based materials are known to possess the highest thermal-to-electrical energy conversion efficiency, which is often expressed as a function of a dimensionless parameter ZT, called “figure of merit”: ZT = Se^2 T(s/k) where s and k are the electrical and thermal conductivities.

At SPHYNX, we explore thermoelectric effects in an entirely different class of materials, namely, complex fluids containing electrically charged nanoparticles that serve as both heat and electricity carriers. Unlike in solid materials, there are several inter-dependent TE effects taking place in liquids, resulting in Se values that are generally an order of magnitude larger than the semiconductor counterparts. While the precise origins of high Seebeck coefficients in these fluids are still debated, such liquids are already attracting attention as future TE-materials that are low-cost and environmentally friendly. One promising example of TE liquids is found in a hybrid solar collector capable for the co-generation of heat and electricity. The goal of this internship and the subsequent PhD project is two-fold. First, we will investigate the underlying laws of thermodynamic mechanisms behind the thermoelectric potential and power generation and other associated phenomena in nanofluids. More specifically, we are interested in how the particles' Eastman entropy of transfer is produced under the influence of thermal, electrical and concentration gradients. The results will be compared to their thermos-diffusive and optical abosrption properties to be obtained through research collaborations. Second, the project aims to test the promising nanofluids in the proof-of-concept hybrid solar-collector devices currently developed within the group to demonstrate the co-generation capability of heat and electricity. The hybrid device optimization is also within the project's scope. The proposed research project is primarily experimental, involving thermos-electrical, thermal and electrochemical measurements; implementation of automated data acquisition system and analysis of the resulting data obtained. The notions of thermodynamics, fluid physics and engineering (device) physics, as well as hands-on knowledge of experimental device manipulation are needed. Basic knowledge of optics and electrochemistry is a plus. For motivated students, numerical simulations using commercial CFD software, as well as the optical absorption measurements at the partner lab (LNO/CNR, Florence, Italy) can also be envisaged.
Mots clés/Keywords
Thermodynamique, thermoélectricité
Thermodynamics, thermoelectricity
Compétences/Skills
Mesures de transport Caractérisation électrochimique Absorption/extinction optique (en option)
Transport measurements Electrochemical characterization Optical absorption/extinction (optional)
Logiciels
LabView MatLab Origin
Réponde d'un liquide à une marche ultra rapide de température

Spécialité

Physique de la matière condensée

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

02/04/2024

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

HENOT Marceau
+33 1 69 08 73 36

Résumé/Summary
Ce stage, qui s'adresse à des étudiants de M1 ou M2, a pour objectif de mettre en œuvre un nouveau dispositif expérimental développé au SPHYNX afin d'étudier le comportement d'un liquide sous l'effet d'une marche ultra rapide de température.
Sujet détaillé/Full description
Le vieillissement physique correspond à l'évolution des propriétés des matériaux hors d'équilibre causée par des réarrangements structurels. Pour les matériaux vitreux, qui sont en pratique toujours coincés dans un état hors d'équilibre, ce phénomène peut avoir des conséquences importantes sur les performances à long terme du matériau, telles que la résistance mécanique ou les propriétés optiques.

Les liquides vitrifiables voient leur temps de relaxation de la structure augmenter considérablement lors du refroidissement ce qui les empêche en pratique de s’équilibrer sous une température Tg dite de transition vitreuse. Même au-dessus de Tg, il est possible de réaliser une expérience de vieillissement en appliquant une marche de température rapide, puis d’étudier la dynamique de rééquilibration du système à la nouvelle température. Lorsque l’amplitude de la marche est supérieure à quelques kelvins, la réponse du liquide est très non-linéaire en raison de la forte dépendance du temps de relaxation par rapport à la température. Ces expériences sont utiles pour mieux comprendre les phénomènes de relaxation de la structure dans les liquides loin de l'équilibre.

Un dispositif expérimental, développé récemment au sein du groupe SPHYNX, permet d’appliquer à un liquide dans un cryostat des changements de température de grande amplitude (plusieurs dizaines de Kelvins) et à des vitesses importantes (jusqu’à 10^5 K/s). La dynamique du liquide, à l’échelle moléculaire, peut être suivie en temps réel par spectroscopie diélectrique, c’est-à-dire en étudiant la réponse du liquide (polaire) à un champ électrique variable.

L’objectif de ce stage est de mettre en œuvre ce nouveau dispositif afin d’étudier expérimentalement la réponse de liquides à des marches de température de grande amplitude. Dans ce cadre, le/la stagiaire devra dans un premier temps prendre en main le dispositif expérimental, réaliser des échantillons en salle blanche et optimiser la précision et les possibilités du système de mesure (développé en Python et Arduino). Un travail axé sur des simulations numériques du comportement thermique de l’échantillon pourra également être mené. Une poursuite en thèse pourra être envisagée.
Compétences/Skills
Travail en salle blanche, spectroscopie diélectrique
Logiciels
Python, Arduino
Images
Systèmes magnétiques frustrés
Granular matter : Surface Flows
Granular matter : Surface Flows
Turbulence in Rotating Flows
Turbulence in Rotating Flows
Turbulence in Rotating Flows
Biophysicists discover hidden order in bacterial collective motion
Biophysicists discover hidden order in bacterial collective motion
Statistical physics in mechanics
Roughness exponents of fracture surfaces in packing of sintered glass beads.
Role of damage in the selection of the scaling properties of fracture surfaces: Experimental evidences and theoretical interpretation
Granular matter
Granular matter
Granular matter
Granular matter
Granular matter
Granular matter
Granular matter
Magneto-Hydrodynamics and Dynamo effect
Magneto-Hydrodynamics and Dynamo effect
Magneto-Hydrodynamics and Dynamo effect
Magneto-Hydrodynamics and Dynamo effect
Magneto-Hydrodynamics and Dynamo effect
Nonlinear Waves
Les feuilles tombent aussi en Amazonie !
Les feuilles tombent aussi en Amazonie !
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Expérience VKS2 : observation d\'une dynamo turbulente (De l\'origine du champ magnétique terrestre...)
Expérience VKS2 : observation d\'une dynamo turbulente (De l\'origine du champ magnétique terrestre...)
Expérience VKS2 : observation d\'une dynamo turbulente (De l\'origine du champ magnétique terrestre...)
Expérience VKS2 : observation d\'une dynamo turbulente (De l\'origine du champ magnétique terrestre...)
Quand le mélange chaotique se heurte à un mur
Quand le mélange chaotique se heurte à un mur
Granular matter : Relaxation and response to a localized perturbation
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Granular matter : Glassy behaviour and dynamical heterogeneities
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Granular matter : Some applications of our research
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Universal behavior of the dynamics of slow crack growth
Universal behavior of the dynamics of slow crack growth
Universal behavior of the dynamics of slow crack growth
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Verres granulaires : un gigantesque jeu de tric trac collectif
Verres granulaires : un gigantesque jeu de tric trac collectif
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Experimental and numerical nanoscale investigation of damage and fracture processes in glass
Experimental and numerical nanoscale investigation of damage and fracture processes in glass
Experimental and numerical nanoscale investigation of damage and fracture processes in glass
Subcritical Transition to Turbulence
Subcritical Transition to Turbulence
Subcritical Transition to Turbulence
Subcritical Transition to Turbulence
Chaotic Mixing
Physique statistique et systèmes complexes
APSC : Action Physique & Systèmes Complexes IRAMIS
APSC : Action Physique & Systèmes Complexes IRAMIS
Brevet :  Ensemble de distribution d\'un matériau granulaire par gravité
Emerging Collective Phenomena in Nanostructured Magnetic Materials
Emerging Collective Phenomena in Nanostructured Magnetic Materials
Systèmes complexes et fracture - Nano-Objets et Systèmes Complexes
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Let\'s Jam ! La criticalité de la transition de blocage des milieux désordonnés dévoilée
Irreversible deformation in glasses
Brevet : Procédé de fabrication d\'une couche d\'un matériau antiferromagnétique à structures magnétiques contrôlées. Process for fabricating a film of an antiferromagnetic material with controlled magnetic structures
Mise en mouvement collectif spontané
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La transition vitreuse : mise en évidence de son caractère critique à l’aide de mesures de réponse non-linéaire
Jusqu’\'où l’\'eau pénètre-t-elle dans la silice sous contrainte ?
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Croissance des corrélations dynamiques durant le viellissement d\'un verre
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Violation du théorème fluctuation-dissipation dans un verre de superspins
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Physique de systèmes (modèles) biologiques
Fracture dynamique des matériaux fragiles : comment les fissures se propagent aussi rapidement
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Anisotropy in the scaling properties of fracture surfaces: Experimental evidences of Family-Viseck scaling
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Complex Liquid Thermoelectrics Research
Une transition de phase dans un écoulement turbulent ?
Comprendre l\'émergence de mouvements collectifs dans la matière active et biologique
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Une dynamo localisée au laboratoire
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SPHYNX
Ecoulement de \
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Les liquides ioniques thermoélectriques: une alternative pour récupérer \
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Les intermittences de la fracture
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Thermoelectric properties of macro-ions in organic electrolytes
Interdisciplinary Multiscale Platform (IMP)
Comment un banc de poissons passe-t-il d\'un comportement collectif à l\'autre ?
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Comportement universel de la dynamique de rupture interfaciale
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Breaking news ! Dans les matériaux désordonnés, la vitesse de fissuration modifie le mode de rupture
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Conversion de l\'énergie
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Mécanique non linéaire des empilements fragiles de grains
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Le vide peut-il freiner deux atomes en rotation ? – Généralité du caractère inélastique des collisions atomiques (induit par les fluctuations quantiques)
Un état très turbulent et chaotique !
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Manger et ne pas être mangé : les deux impératifs à l\'origine du comportement critique des troupeaux de moutons
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Première mise en évidence de la transition vers l\'ordre amorphe dans les verres
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Découverte expérimentale  d’événements extrêmes dissipatifs de l\'énergie, à petite échelle dans un écoulement turbulent
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Brevet : Miniature differential pressure flow sensor.
Lancement du projet européen FET Proactive \
Bérengère Dubrulle, femme scientifique de l’année - Prix Irène Joliot Curie 2022
Comprendre la génération d\'un champ magnétique au cœur des étoiles et des planètes
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MAGENTA H2020 project
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Un papillon encore plus turbulent (suite...)
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La statistique des séismes retrouvée dans une expérience modèle : la propagation d’une fissure unique dans une roche artificielle
Nouveau type de matière active expliquant la formation d\'agrégats bactériens
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Conversion efficace d\'énergie thermoélectrique dans les ferrofluides
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La convection thermique stellaire reproduite en laboratoire
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Cluster Phases and Bubbly Phase Separation in Active Fluids
Modélisation quantitative de la dynamique d’un cristal liquide de bactéries
Un papillon encore plus turbulent
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Breaking news : les solides fragiles le sont moins que prévu !
Nano-impression électrique et manipulation d’hétérostructures oxydes ferroélectriques par microscopie à force piézoélectrique
Suspension de nanoparticules magnétiques dans un liquide ionique pour la thermoélectricité : une question d\'interface Magnetic nanoparticles suspension in ionic liquid for thermoelectricity: It’s all about interface
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Gardner ou pas Gardner ? Telle est la question…
Quand turbulence \
La dynamique du champ magnétique terrestre reproduite en laboratoire
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Activity waves and freestanding vortices in subcritical active matter
Quand le vent nous parle...
Ondes et tourbillons dans la matière active sous-critique : un nouveau modèle
Origine de l’irréversibilité en turbulence ?
Étude du vieillissement d\'un liquide surfondu : réponse à un changement ultra-rapide de température
Action-COST EU-MACE
Projet ERC Consolidator Grant 2023 : P-BOT
Extreme deformability of active crystals
Iramis partenaire du projet Européen RISEnergy - Iramis partner of the European RISEnergy project

 

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