Entropie et propriétés thermiques de l'eau près des interfaces hydrophobes

Description du projet

L'eau interfaciale 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 comment le confinement de l'eau dans des nanopores hydrophobes affecte ses propriétés thermomécaniques et celles des parois de confinement par le biais de couplages interfaciaux.
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. Cet instrument permet de caractériser le remplissage forcé sous pression des particules nanoporeuses hydrophobes, ainsi que leur séchage spontané lorsque la pression est relâchée. Ces mesures macroscopiques reflètent les phénomènes interfaciaux et les phénomènes de ligne de contact qui se produisent à l'échelle de l'angström au sein des nanopores qui constituent les particules.
Jusqu'à présent, la plupart des études expérimentales de ces systèmes ont été menées dans un régime quasi-statique. Cependant, les mesures dynamiques ouvrent une nouvelle voie pour éclairer la riche physique du mouillage et du séchage sous confinement [2] tels que les effets thermiques [3]. Des mesures calorimétriques rapides permettront de déterminer la chaleur libérée pendant le remplissage des particules, ce qui permettra de déterminer le changement d'entropie associé au mouillage et au confinement du liquide. Ces mesures 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 prévu par les simulations numériques [3], les interfaces jouent un rôle clé à ces échelles nanométriques et peuvent conduire à des comportements surprenants que ce projet explorera expérimentalement, comme une diminution de la conductivité thermique des particules lorsqu'elles sont remplies d'eau.

Profil

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 !

Candidature

Veuillez soumettre par email un curriculum vitae mentionnant au moins 2 personnes de référence et une lettre de motivation.
Vous serez contacté(e) par courriel si vos compétences et votre expérience correspondent au profil recherché.

Références

[1] B. E. Logan and M. Elimelech. Membrane-based processes for sustainable power generation using water. Nature, 488.7411 (2012), DOI: 10.1038/nature11477
[2] C. Picard et al. Dynamics of heterogeneous wetting in periodic hybrid nanopores, Journal of Chemical Physics, 154.164710 (2021), DOI: 10.1063/5.0044391
[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), DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c07088