Rhéologie de l’interface air/eau utilisant les fluctuations capillaires thermiques (H/F)

Sujet de thèse :
La rhéologie interfaciale traite de la réponse des interfaces aux déformations et fait l’objet d’un intérêt de recherche soutenu au cours des dernières décennies. Divers dispositifs et méthodes ont été développés pour mesurer les propriétés rhéologiques des interfaces air/liquides, tels que les cuves de Langmuir, diffé-rents rhéomètres ainsi que les techniques de goutte ou de bulle oscillante. Malgré le développement de ces approches, des défis spécifiques subsistent pour quantifier les propriétés interfaciales ; certaines de ces techniques sont limitées à des mesures statiques et les propriétés rhéologiques ne sont explorées qu’à de basses fréquences (quelques dizaines de Hz).
Récemment, nous avons utilisé un microscope à force atomique (AFM) pour sonder les oscillations capil-laires thermiques d’une bulle ou d’une goutte hémisphérique déposée sur une surface de polystyrène [1–3]. Dans cette méthode, la vibration thermique nanométrique de la bulle entraîne le mouvement du levier (cantilever). Nous avons montré que le spectre des oscillations thermiques de la surface de la bulle pré-sente plusieurs pics de résonance correspondant aux différents modes d’oscillation de la bulle.
Dans ce projet, nous avons l’intention d’étudier la rhéologie de l’interface air/eau formée par une bulle d’air immergée dans une solution contenant des tensioactifs ioniques (par exemple le dodécylsulfate de sodium, SDS, le bromure de cétriméthylammonium, CTAB, et le 4-(4-dihexadécylaminostyryl)-N-méthylpyridinium iodure, DiA). Le mouvement de l’interface de la bulle ou de la goutte sera sondé à l’aide d’un levier de microscope à force atomique (AFM), qui mesurera l’amplitude des vibrations en fonction de la fréquence. L’amortissement et les fréquences de résonance des fluctuations thermiques seront utili-sés pour déterminer la tension de surface et l’élasticité de surface de l’interface air/eau. Les fréquences et les coefficients d’amortissement obtenus seront analysés afin d’extraire la rhéologie de surface effective (tension de surface, viscosité dilatationnelle de surface et viscosité de cisaillement de surface). La charge de surface de l’interface air/eau, qui crée des barrières électrostatiques et contrôle l’adsorption, sera étu-diée en détail. Nous ferons varier la concentration en sel (par exemple NaCl) dans les solutions afin de comprendre le rôle de l’écrantage électrostatique sur la dynamique d’adsorption des tensioactifs.
References:
[1] Z. Zhang, Y. Wang, Y. Amarouchene, R. Boisgard, H. Kellay, A. Würger, A. Maali "Near-field probe of thermal capillary fluctuations of a hemispherical bubble" Phys. Rev. Lett. 126, 174503, (2021).
[2] H Zhang, Z Zhang, C Grauby-Heywang, H Kellay, A Maali,"Air/Water Interface Rheology Probed by Thermal Capillary Waves", Langmuir , 39, 3332,(2023).
[3] H. Zhang,B. Gorin, H. Kellay, A. Maali,"Viscoelastic rheology of polymer solution probed by resonant thermal ca
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