Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures - ICMN

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Proposition de stage master 2


Modélisation numérique de liquides confinés en tension capillaire


Laboratoire d’accueil : ICMN : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures, UMR7374, CNRS-Université d’Orléans.
Directrice du laboratoire : Caroline Andreazza
Responsable du stage : Joël Puibasset, Chargé de Recherche.

Objectifs scientifiques :
De nombreux systèmes font intervenir un liquide confiné dans un milieu poreux : en catalyse hétérogène, dans les systèmes biologiques, les aquifères, etc. Les forces capillaires y jouent un rôle prépondérant dès lors que la taille caractéristique des pores est petite. A cela s’ajoute l’importante surface spécifique des milieux poreux, entrainant un rôle accru des interfaces fluide-solide.
Lorsque la taille des pores est nanométrique, les tensions capillaires sont de l’ordre du bar, et modifient complètement le « diagramme de phase » du fluide confiné. En particulier, ce dernier peut être liquide à l’intérieur du milieu poreux tout en étant en équilibre avec sa vapeur située à l’extérieur. Si les canaux reliant le liquide au gaz présentent des hétérogénéités physico-chimiques, la pression du liquide dans les pores sera elle-même hétérogène, et éventuellement négative (tension capillaire) si les canaux présentent de fortes étroitures, comme par exemple dans une géométrie de type bouteille d’encre.
L’objectif du stage est d’étudier les propriétés du liquide confiné et en tension capillaire. Le travail s’appuiera sur le savoir-faire du laboratoire en matière de simulation numérique de fluides confinés, ainsi que sur des expériences menées dans les laboratoires partenaires (INSP et LPS-ENS à Paris, et Institut Néel à Grenoble, dans le cadre du contrat ANR CavConf). La première étape consistera à déterminer la meilleure stratégie numérique pour aborder la question. L’étudiant disposera d’outils de recherche bibliographique pour l’aider dans cette tâche. L’étape suivante consistera à réaliser des simulations afin de caractériser la structure et la dynamique du fluide confiné, en lien avec la formation de bulles (cavitation). Les résultats obtenus apporteront les premiers éléments de réponse quant à l’influence du milieu poreux sur les propriétés hors équilibre d’un liquide sous tension.
L’étudiant devra posséder une solide formation théorique en physique de la matière condensée, physique statistique et transitions de phase.

Mots-Clés : matière condensée, physique statistique, transitions de phase.
Outils : Modélisation moléculaire Monte Carlo et Dynamique Moléculaire.
Stage rémunéré. 568.76€ / mois
Contact : M. Joël Puibasset, Chargé de Recherche ; puibasset@cnrs-orleans.fr téléphone : 33 (0)2 38 25 58 03

Proposition de stage M2