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Equilibre et transport dans les électrolytes confinés

publié le

La compréhension de la physique des électrolytes confinés est essentielle pour le développement de nouvelles technologies de l’énergie. Cela concerne aussi bien la récupération d’énergie (énergie osmotique [1]) que son stockage (batteries, piles à combustible, supercondensateurs), et correspond donc à des enjeux sociétaux de premier plan.
Bien que cette physique soit étudiée depuis plus d’un siècle, de nombreuses questions fondamentales restent ouvertes aujourd’hui. Par exemple, les théories qui décrivent l’écoulement d’une solution diluée sous confinement n’ont jamais été confrontées aux expériences. Cela est dû au fait que la plupart des études expérimentales sur les électrolytes confinés se sont limitées à examiner soit leurs propriétés d’équilibre (interactions électrostatiques, structure), soit leurs propriétés de transport (couplages électrocinétique). Bien souvent une seule propriété est mesurée dans une étude donnée (électro-osmose, conductivité, etc.), ce qui conduit à des interprétations incohérentes.

L’approche expérimentale que nous proposons consiste à confiner l’électrolyte à l’échelle nanométrique entre deux surfaces macroscopiques et conductrices. Il sera alors possible de combiner mesures mécaniques (force d’interaction) et électriques (capacité), à la fois statiques et dynamiques, avec une géométrie modèle de confinement.
Nous avons développé dans l’équipe un appareil à force de surface dynamique, instrument qui permet d’effectuer les mesures mécaniques voulues [2]. La première étape de la thèse consistera à mettre en place les éléments nécessaires à la réalisation des mesures électriques. Ce montage original sera ensuite mis à profit en sondant la réponse de solutions salines simples (avec des ions monoatomiques et monovalents), ce qui devrait apporter un éclairage nouveau sur la physique des électrolytes confinés.

[1] B. E. Logan and M. Elimelech, “Membrane-based processes for sustainable power generation using water", Nature 488 (2012)
[2] L. Garcia, C. Barraud, C. Picard, J. Giraud, E. Charlaix, and B. Cross, “A micro-nano-rheometer for the mechanics of soft matter at interfaces", Rev. Sci. Instrum. 87, 113906 (2016)

Profil recherché :

Le/la candidat(e) doit être titulaire d’un Master 2, préférentiellement en physique de la matière condensée, physique de la matière molle, physico-chimie, ou mécanique des fluides. Un goût prononcé pour le travail expérimental est essentiel.

Contexte :

Le/la doctorant(e) fera partie de l’équipe « Matière molle, Organisations, Dynamiques et Interfaces » du LiPhy, et sera encadré par Romain Lhermerout, Benjamin Cross et Elisabeth Charlaix. Il/elle interagira avec d’autres membres de l’équipe, en particulier avec un doctorant qui travaille sur un sujet connexe. Cette thèse est financée par l’ANR EDDL.

Contact :

Romain Lhermerout
04 76 51 47 82