Sujet de thèse (H/F) - Eau confinée et énergie bleue : effets thermiques

Sujet de thèse :
L'eau confinée est omniprésente dans la nature. Elle joue un rôle crucial dans les processus biochimiques qui maintiennent la vie, mais aussi dans divers phénomènes à l'échelle nanométrique qui sont fondamentaux pour relever les défis sociétaux urgents, tels que la garantie d'un approvisionnement durable en eau potable et la décarbonisation de nos sources d'énergie [1].
Dans ce contexte, ce projet de thèse, financé par le projet ANR franco-brésilien HTD-PoM, vise à explorer les phénomènes thermomécaniques consécutifs au confinement de solutions aqueuses dans des nanopores hydrophobes.
L'approche expérimentale utilisera des fluides poreux constitués de particules nanoporeuses hydrophobes ordonnées (voir Fig.1) immergées dans de l'eau ou une solution aqueuse et des mesures de calo-porosimétrie dynamique à l'aide d'un appareil innovant récemment développé au LIPhy [2]. Cet instrument permet de caractériser le remplissage forcé sous pression des particules nanoporeuses hydrophobes, ainsi que leur séchage spontané lorsque la pression est relâchée. Ce travail de thèse ouvrira une nouvelle voie pour mettre en lumière les effets thermiques liés au mouillage et au séchage sous confinement [3].
Des mesures calorimétriques rapides permettront de déterminer la chaleur dégagée lors du remplissage des particules en jouant avec différentes solutions et matériaux nanoporeux. Elles donneront également accès aux propriétés thermoélastiques des liquides confinés et à la conductivité thermique des particules nanoporeuses en fonction de leur état vide ou rempli. Comme prédit par nos récentes simulations numériques [3], les interfaces jouent un rôle clé à ces échelles nanométriques et peuvent conduire à des comportements surprenants tels que la diminution de la conductivité thermique des particules lorsqu'elles sont remplies d'eau. Cette thèse sera réalisée conjointement avec des travaux numériques dans le cadre du projet HTD-PoM et contribuera également à un projet appliqué au laboratoire dédié à une approche innovante pour la récupération de l'énergie osmotique [4] financé par un contrat industriel.
Les candidats doivent avoir une solide formation en physique, en matière molle et en thermodynamique, ainsi qu'un intérêt certain pour la physico-chimie. Plus généralement, le candidat doit être à l'aise avec l'interdisciplinarité et motivé par l'instrumentation et les défis expérimentaux !
[1] B. E. Logan and M. Elimelech. Membrane-based processes for sustainable power generation using water. Nature, 488.7411 (2012)
[2] L. Michel et al. A Dynamical calo-porosimeter to characterize wetting and drying processes in lyophobic nanometric pores, Rev. Sci.
Instrum. 95.10 (2024)
[3] N. Ferreira de Souza et al. Thermal Conductivity of a Fluid-Filled Nanoporous Material: Underlying Molecular Mechanisms and the Rattle Effect, The Journal of Physical Chemistry B, 128.10 (2024)
[4] C. Picard, E. Charlaix, and W. Chè
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