Stage Labex theme6.1 - Sujet détaillé

Titre : Etude de l’interface Liquide/Solide : Influence de la double couche électrique
Laboratoire :
Institut P’ – CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346
Contact :
Anthony THOMAS
MCF | Institut P’ | Equipe EFD
Bâtiment B25 - 2 Rue Pierre Brousse
BP63 86022 Poitiers Cedex - France
Tel : +33 5 49 45 38 11
Mail : [email protected]
Mots-clés : Interface liquide/solide,
Micro(nano)structuration.
Luc PICHON
MCF | Institut P’ | Equipe FINANO
SP2MI –11 Boulevard Marie et Pierre Curie
BP 30179 Futuroscope Chasseneuil Cedex
Tel : +33 5 49 49 67 48
Mail : [email protected]
Double
couche
électrique,
Electrostatique,
Financement de thèse : Bourse d'excellence financée par le Labex Interactif (Début à la
rentrée 2014)
Il s'agit d'un contrat doctoral avec missions complémentaires de diffusion de l’information
scientifique et technique, de valorisation des résultats de la recherche scientifique et
technique:
1.
Participation aux manifestations de diffusion dans lesquels le Labex sera représenté
(fête de la science, portes ouvertes des établissements, salons, …) ;
2.
Participation à la diffusion interne au laboratoire PPRIME des informations relatives au
Labex, notamment dans le cadre du site web Labex et à travers l’organisation d’une journée
annuelle de présentation des travaux du Labex ;
3.
Participation aux séminaires Labex ;
4.
Présentation de l’avancée des travaux de thèse au laboratoire Pprime ;
5.
Participation à au moins un congrès international pour présenter ses travaux de thèse ;
6.
Le cas échéant, encadrement de stagiaires ou étudiants en projet dans le cadre du Labex
7.
Le cas échéant, rédaction d'un article de synthèse dans un journal spécialisé, de type
"Recent Patents in Engineering" ou équivalent.
Le doctorant pourra faire des heures d'enseignement sous réserve de disponibilité d'heures à
effectuer (64h éqTD). La rémunération avec missions complémentaires ou enseignement est
de 2024 € bruts/mois. Si le doctorant ne souhaite pas faire de mission complémentaire, il peut
toujours refuser et il sera établi un contrat doctoral simple (1680 € bruts/mois).
Sujet :
Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'équipe Electro-Fluido-Dynamique
(EFD) et l’équipe Films minces et matériaux nanostructurés (FINANO) de l'institut P' au sein
du projet INTERACTIFS. L’objectif de ce projet est la maitrise des interfaces Fluides et
Solides, une attention particulière étant accordée aux interactions entre phénomènes
mécaniques, thermiques, électrostatiques et fluidiques intervenant aux interfaces Fluides et
Solides. Dans ce contexte, l’étude se concentre sur la double couche électrique se développant
à la surface d’un solide. L’objectif est d’étudier l’influence du matériau sur la formation de
cette couche et à l’inverse de caractériser l’impact de cette couche sur le
vieillissement/endommagement du matériau. En effet, à l’interface d’un solide et d’un liquide
apparaissent des zones de charge appelées double couche électrique. Les phénomènes
physico-chimiques d’interfaces engendrent une séparation de charges créant deux zones de
charge de signe contraire : une dans le solide et l’autre dans le liquide, l’électro-neutralité du
couple liquide/solide étant toujours conservée.
Figure 1 : Schéma de la double couche électrique (1) Couche compacte (2) Couche diffuse
Différents modèles décrivent la double couche électrique. Le modèle initial développé par
Perrin et Helmholtz [1,2] assimile la double couche électrique à une capacité chargée, une
plaque étant associée au solide et l’autre au liquide. Le modèle le plus réaliste est le modèle
proposé par Stern [3] qui introduit dans le liquide, deux sous-couches, la couche compacte
(~10 Å) où les forces électriques y régnant maintiennent solidaires de l’interface les charges
électriques qui se forment et la couche diffuse au sein de laquelle les charges sont libres et
peuvent se déplacer sous l’effet d’un champ électrique extérieur (cf. figure 1).
Quoi qu’il en soit l’origine même de la séparation des charges à l’interface reste incomprise.
Le sujet se propose donc d’étudier l’influence de la double couche électrique sur la physique
du matériau et inversement l’influence des propriétés du matériau sur la double couche
électrique. Il nécessitera le développement de méthodes de caractérisation de cette double
couche électrique à l’interface liquide/solide. Ce travail fondamental se basera sur l’expertise
des deux équipes de recherche, l’équipe EFD [4] concernant l’étude des interactions entre les
phénomènes électriques et fluidiques et l’équipe FINANO concernant l’étude des propriétés
des matériaux à partir des micro(nano)structures qui les composent et l’élaboration de ces
matériaux.
Application et Débouchés : Super-condensateur, Colloïdes, Systèmes micro-fluidiques,
Systèmes électro-chimiques
Outils et connaissances à utiliser : Préparation et traitement de surface des matériaux,
Physico-chimie et analyse expérimentale des matériaux et des surfaces, Electro-physique,
Impédancemétrie, …
Références :
[1] J. Perrin. J Chim. Phys. 2 (1904) 601.
[2] H. Helmhotz. Wied Ann. (1879) 337.
[3] O. Stern. Zur theorie der electrolystischen. J. Chim. Phys. 30 (1924) 508.
[4] T. Paillat, O. Moreau, J.M. Cabaleiro, F. Perisse, G. Touchard. J. Electrostatics 64 (2006)
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