Rhéologie de l'interface air/eau

Université de Bordeaux; France; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Une institution académique française recherche un étudiant pour un projet sur la rhéologie interfaciale des bulles d'air dans une solution tensioactive. Le candidat conduira des mesures expérimentales et analysera les données au sein d'un laboratoire collaboratif. Un bon parcours en physique ou ingénierie physique est requis pour ce poste. Des compétences expérimentales solides et la capacité à travailler de manière autonome sont essentielles. Ce projet apporte une contribution significative aux connaissances en physique appliquée.

Qualifications

• Capacité à travailler de façon autonome.
• Solides compétences expérimentales requises.

Responsabilités

• Réalisations des mesures expérimentales.
• Analyse des données en collaboration avec le personnel du laboratoire.

Connaissances

Physique

Autonomie

Aptitudes expérimentales

Formation

Bon parcours universitaire en physique ou physique de l'ingénieur

Description du poste

Description du projet

La rhéologie des interfaces entre fluides décortiqués par des espèces tensioactives telles que sur-factants, protéines ou particules revêt une importance cruciale car elle contrôle la stabilité des mousses et des émulsions et possède de nombreuses applications, notamment la récupération de pétrole, les micro‑électromécaniques et le biomédical. La rhéologie interfaciale étudie la réponse des interfaces aux déformations ; elle a fait l’objet d’une recherche intensive ces dernières décennies. Plusieurs dispositifs et méthodes ont été développés – dispositifs de Langmuir, rhéomètres, gouttes ou bulles oscillantes – pour mesurer les propriétés rhéologiques de l’interface, mais ces techniques sont souvent limitées aux mesures statiques et sondent les propriétés à des fréquences basses (quelques dizaines de Hz). Le microscope à force atomique dynamique (AFM) est un outil puissant pour étudier la structure et la rhéologie des liquides confinés; son mode dynamique sépare forces visqueuses et élastiques. Récemment, nous avons utilisé l’AFM pour sonder les oscillations capillaires thermiques d’une bulle hémisphérique déposée sur une surface en polystyrène. Le spectre des oscillations thermiques présente plusieurs pics de résonance correspondant aux modes d’oscillations de forme. Cette thèse vise à sonder la rhéologie de l’interface air/eau formée par des bulles d’air immergées dans une solution contenant des tensioactifs (ex. : sodium dodecyl sulfate, SDS). Le mouvement de l’interface sera mesuré avec un levier AFM qui évalue l’amplitude de vibration par fréquence. Les fréquences d’amortissement et de résonance serviront à mesurer la tension superficielle et l’élasticité de la surface de la bulle. Nous déterminerons la résolution de la méthode et l’intervalle de paramètres d’efficacité, puis la comparerons aux techniques existantes. La solubilité des molécules tensioactives sera étudiée en détail, ainsi que la charge électrique superficielle qui crée des barrières électrostatiques et contrôle l’adsorption. En variant la concentration en NaCl, nous analyserons le rôle de l’écrantage électrostatique sur la dynamique d’adsorption des tensioactifs.

Project Description (English)

Interfacial rheology of fluid interfaces decorated by surface‑active species such as surfactants, proteins, or particles is important because it controls foam and emulsion stability and has many applications, including oil recovery, microelectromechanical systems, and biomedicine. Interfacial rheology deals with the interface response to deformation and has been a research focus for decades. Various devices and methods—Langmuir troughs, rheometers, oscillating drops or bubbles—have been developed to measure interfacial rheological properties, but they are often limited to static measurements and probe rheology only at low frequencies. The dynamic atomic force microscope (AFM) is a powerful tool to investigate the structure and rheology of confined liquids; its dynamic mode separates viscous and elastic forces. Recently, we used an AFM to probe thermal capillary oscillations of a hemispherical bubble deposited on a polystyrene surface. The thermal vibration spectrum displays several resonance peaks corresponding to shape‐oscillation modes. In this project, we intend to probe the rheology of the air/water interface formed by an air bubble immersed in a surfactant solution (e.g., sodium dodecyl sulfate, SDS, and cetrimonium bromide, CTAB). The bubble interface motion will be measured with an AFM cantilever that records vibration amplitude as a function of frequency. Damping and resonance frequencies of thermal fluctuations will be used to determine surface tension and surface elasticity. Throughout the project, we will establish the method’s resolution, determine the parameter range for efficient operation, and compare it with existing techniques. The surfactant molecules’ solubility—an important distinguishing factor among amphiphilic molecules—is also studied in detail. We will examine the surface charge, which creates electrostatic barriers and governs adsorption, and will vary NaCl concentration to understand electrostatic screening effects on surfactant adsorption dynamics.

Responsibilities and Qualifications

L'étudiant sera en charge des mesures expérimentales et de l'analyse des données, en collaboration avec d'autres étudiants et le personnel permanent du laboratoire. Nous recherchons un étudiant avec un bon parcours universitaire en physique (ou en physique de l'ingénieur), capable de travailler de façon autonome et possédant de bonnes aptitudes expérimentales. The student will be responsible for experimental measurements and data analysis, collaborating closely with lab personnel. We seek a candidate with a strong academic background in physics or engineering physics, able to work independently and possessing solid experimental skills.

Références

• [1] A. Maali, R. Boisgard, H. Chraibi, Z. Zhang, H. Kellay, A. Würger, “Viscoelastic drag forces and crossover from no‑slip to slip boundary conditions for flow near air‑water interfaces,” Phys. Rev. Lett. 118, 084501 (2017).
• [2] 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).
• [3] H. Zhang, Z. Zhang, C. Grauby‑Heywang, H. Kellay, A. Maali, “Air/Water Interface Rheology Probed by Thermal Capillary Waves,” Langmuir 39, 3332 (2023).
• [4] H. Zhang, B. Gorin, H. Kellay, A. Maali, “Viscoelastic rheology of polymer solution probed by resonant thermal capillary fluctuation,” Phys. Fluids 35, 121706 (2023).