Transition Fragile-Ductile dans les Gels et Verres Colloïdaux Université de Montpellier

Description

La compréhension de la réponse des matériaux mous à une contrainte mécanique est d’une importance capitale, tant sur le plan fondamental que dans les applications. Très souvent, la réponse mécanique du matériau est dictée par ses interactions avec les surfaces. Pour surmonter ce problème et sonder les propriétés intrinsèques des matériaux, nous produirons des billes sphériques uniques de gel et de verre colloïdaux de taille millimétrique. Les gels et les verres sont basés sur des particules colloïdales de taille typique 10 nm – 1 micron. Les gels consistent en une structure homogène de réseau poreux et les verres en un empilement dense de particules. Notre objectif est de rationaliser le comportement des billes soumises à une compression mécanique, et en particulier de comprendre comment elles cèdent. Nous voulons étudier l’interaction complexe entre l’écoulement du liquide dans les pores (la poroélasticité), la plasticité et la rupture de la structure. Nous espérons élucider les mécanismes physiques qui déterminent si une bille de gel ou de verre cède de manière fragile (abrupte) ou ductile (progressive).
Nous utiliserons une approche multi-échelle qui combine des mesures mécaniques sous compression, de l’analyse d’images et de la diffusion de lumière résolue dans le temps et l’espace. Nous explorerons plusieurs stratégies pour produire des billes uniques de gels colloïdaux et de verres colloïdaux dont la ténacité et la fragilité sont ajustables. Nous construirons un dispositif optique pour mesurer avec une résolution spatiale et temporelle les réarrangements microscopiques des colloïdes dans la bille pendant la compression. Nous mesurerons en même temps la réponse mécanique de la bille soumise à une contrainte de compression et imagerons le comportement global de la bille.
Cette thèse s’inscrit dans la thématique très active actuellement de compréhension des transitions fragile-ductile dans les matériaux désordonnés.

Compétences requises

Master en physique, physico-chimie ou science des matériaux Des compétences en matière molle, en physique des polymères, en physique des suspensions colloïdales et/ou en rhéologie et/ou diffusion de la lumière et/ou encode Python sont un plus.

Bibliographie

Publications récentes des encadrants sur le comportement de gels et verres mous sous contrainte:
1) A unified state diagram for the yielding transition of soft colloids
S. Aime, D. Truzzolillo, D. Pine, L. Ramos, and L. Cipelletti, Nature Physics, 1-7 (2023)
2) Enhanced microscopic dynamics in mucus gels under a mechanical load in the linear viscoelastic regime
D. Larobina, A. Pommella, A.-M. Philippe, M. Y. Nagazi, and L. Cipelletti, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118, e2103995118 (2021)
3) Microscopic precursors of failure in soft matter
L. Cipelletti, K. Martens, and L. Ramos, Soft Matter 16, 82-93 (2020)
4) Role of Normal Stress in the Creep Dynamics and Failure of a Biopolymer Gel
A. Pommella, L. Cipelletti, and L. Ramos, Physical Review Letters 125, 268006 (2020)
5) Microscopic dynamics and failure precursors of a gel under mechanical load
S. Aime, L. Ramos, and L. Cipelletti, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115, 3587 (2018)

Thèse récente en lien directe avec le sujet
Matteo Milani, PhD thesis, Université de Montpellier (2023). Jammed colloidal systems confined in drops and beads.

Mots clés

colloïde, rhéologie, gel, diffusion de la lumière, verre, fracture