Ecoulements géophysiques turbulents au-dessus d'une topographie
Le projet vise à étudier l'organisation à grande échelle et le bilan énergétique d'écoulements océaniques modèles au-dessus d'une topographie aléatoire. Dans un premier temps, nous étudierons la dissipation engendrée par la présence de topographie et son impact sur les propriétés de transport d'une parcelle idéalisée d'océan. Pour ce faire, nous considérerons des modèles théoriques et numériques de complexité croissante. Au-delà de la seule dissipation d'énergie, on s'efforcera de caractériser l'organisation spatiale de l'écoulement turbulent à l'aide d'outils issus de la mécanique statistique. Une partie du projet consistera à adapter ces outils à des écoulements forcés et dissipatifs.
Dynamique de mouillage à l'échelle nanométrique
Le mouillage dynamique décrit les processus mis en jeu lorsqu’un liquide recouvre une surface solide. C’est un phénomène qui est omniprésent dans la nature, par exemple lorsque de la rosée perle sur une feuille, ainsi que dans de nombreux procédés d’intérêt industriel, depuis l’étalement d’une peinture sur un mur jusqu’à l’élaboration de procédés de revêtement de haute performance en nanotechnologie. Il est aujourd’hui relativement bien compris dans le cas de surfaces solides modèles parfaitement lisses et homogènes, mais pas dans le cas de surfaces réelles qui présentent des rugosités et/ou des hétérogénéités chimiques, pour lesquelles une modélisation fine des mécanismes reste un défi majeur. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment la rugosité nanométrique influence la dynamique du mouillage.
Ce projet repose sur une approche interdisciplinaire combinant physique et chimie des surfaces. Le (La) doctorant(e) mènera des expériences modèles systématiques, associées à des outils de visualisation et de caractérisation multi-échelles (microscopie optique, AFM, réflectivité de rayons-X et neutrons…).
Grâce à la complémentarité des approches expérimentales, cette thèse permettra de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux de dissipation d’énergie à la ligne de contact, depuis l’échelle nanométrique jusqu’à l’échelle millimétrique
Etude expérimentale des couches limites en convection turbulente par spectroscopie d'ondes multi-diffusées.
La convection turbulente est un des principaux moteurs des écoulements géophysiques et astrophysiques et est donc un élément clef de la modélisation du climat. Elle intervient aussi dans de nombreux écoulements industriels. L'efficacité du transport est souvent limitée par des couches limites dont la nature et les transitions en fonction des paramètres de contrôle sont mal connues.
Le but de cette thèse sera de mettre en place d’une expérience de convection pour sonder le taux de dissipation dans les couches limites dans le régime turbulent grâce à une technique innovante développée dans l’équipe : la spectroscopie d’ondes multi-diffusées.
Modèle de microémulsion : Vers la prédiction des procédés d’extraction liquide-liquide
Cette thèse de modélisation multi-échelle a pour objectif de développer des approches théoriques et des outils numériques innovants pour révolutionner les procédés d’extraction des métaux stratégiques, comme l’extraction liquide-liquide dont les mécanismes sous-jacents restent encore mal compris. Pour répondre à ces enjeux, les phases solvants seront représentées par des microémulsions, grâce à une synergie d’approches de modélisations mésoscopiques et moléculaires.
Le volet mésoscopique reposera sur le développement d’un code basé sur la théorie des microémulsions utilisant une base d’ondelettes aléatoires. Ce code permettra de caractériser les propriétés structurales et thermodynamiques des solutions. L’approche moléculaire s’appuiera sur des simulations de dynamique moléculaire classique pour évaluer les propriétés de courbure des extractants nécessaires au passage entre les deux échelles.
Le nouveau code de calcul performant intégrera potentiellement des techniques d’intelligence artificielle pour accélérer la minimisation de l’énergie libre du système, tout en prenant en compte l’ensemble des espèces chimiques présentes avec un minimum de paramètres. Cela ouvrira la voie à de nouvelles pistes de recherche, notamment à travers la prédiction de la spéciation et le calcul des instabilités thermodynamiques dans les diagrammes de phase ternaires, permettant ainsi d’identifier des conditions expérimentales encore inexplorées.
Cette thèse, menée au Laboratoire de Modélisation Mésoscopique et Chimie Théorique à l’Institut de Chimie Séparative de Marcoule, aura des applications dans le domaine du recyclage, mais également dans le domaine des nanosciences, élargissant ainsi l’impact de ces travaux.
Le/La doctorant(e), de formation initiale en chimie-physique, chimie théorique ou physique, et ayant un fort intérêt pour la programmation, sera encouragé(e) à valoriser ses résultats scientifiques par des publications et des communications lors de conférences nationales et internationales. A l’issue de la thèse, le/la candidat(e) aura acquis un large éventail de compétences en modélisation et en chimie-physique, lui offrant de nombreuses opportunités professionnelles, tant en recherche académique qu’en R&D industrielle.
Rhéologie de suspensions concentrées en charges minérales
En tant qu’organisme de recherche dans le domaine du nucléaire et des énergies alternatives, le CEA participe à des études fondamentales mettant en jeu également des suspensions denses. En effet, des particules inorganiques (verre, zéolite, boues, sels ou ciment/sable) suspendues dans un fluide, parfois de très haute viscosité comme le bitume, font parties des systèmes à l’étude pour diverses applications telles que l’optimisation du remplissage de colis de verre (procédé Dem N’ Melt) ou encore de colis cimentaires, où les propriétés d’écoulement sont à optimiser pour garantir une homogénéité des futs de déchets. Outre, la problématique de la reprise (boues historiques), du traitement et du conditionnement de déchets en matrice vitreuse ou bitumineuse, des suspensions concentrées de grains de verre sont à l’étude pour la production de dihydrogène par électrolyse à haute température.
Il s'agira dans un premier de travailler sur des suspensions concentrées modèles et de caractériser leurs propriétés d'écoulement en cisaillement et en compression. Ce mode de sollicitation peut déclencher l’apparition de régimes frictionnels, de séparation de phases liquide/solide, et diverses réponses non-linéaires qu'il s'agira de modéliser. Apres cette première étape, la topologie, la granulométrie et la polydispersité des particules solides seront modifiées pour se rapprocher au plus prêt des suspensions rencontrées dans l'industrie.