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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0728

DOMAINE DE RECHERCHE
Matière molle et fluides complexes / Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Stabilité des dispersions organiques colloïdales prédite par modélisation multi-échelle

RÉSUMÉ DU SUJET

Le sujet de thèse proposé a pour objectif de quantifier les phénomènes à l’origine de l’instabilité de dispersions organiques colloïdales afin de pouvoir prédire les propriétés macroscopiques thermodynamiques de dispersions rencontrées dans un grand nombre de domaines (chimie séparative, cosmétiques, détergents, formulation pharmaceutique, etc.). Les dernières années ont vu l’essor de nouvelles méthodes de modélisations moléculaires, permettant de décrire ces systèmes complexes sur des tailles nanométriques. La structure est ainsi de mieux en mieux caractérisée. Néanmoins, la modélisation de leurs propriétés thermodynamiques reste une tâche ardue en raison des divers phénomènes mis en jeu : complexation, solvatation, interactions électrostatiques, forces de polarisation, etc, comme il a été souligné dans un article récent (H. Zhang et al. Nature 542, 328–331 (2017)). Ce projet de thèse a pour but de modéliser ces propriétés thermodynamiques par une approche multi-échelle originale reposant sur une description moléculaire. Un tel programme est rendu nécessaire car les phénomènes interviennent à des échelles de temps et de distance variées.

Nous nous focaliserons donc sur l’influence de l’agrégation sur la stabilité de telles solutions, en allant de la formation spontanée des agrégats en solution jusqu’à leurs interactions. Pour cela, nous mettrons en œuvre des approches multi-échelle couplant des simulations à l’échelle moléculaire, typiquement par dynamique moléculaire, à des simulations à l’échelle mésoscopique « gros-grains » :

1. Une première approche consistera à étudier par simulations de dynamique moléculaire l’effet de la concentration des composés présents en solution sur la stabilité de ces solutions.

2. Une seconde approche consistera à calculer directement par simulations de dynamique moléculaire biaisées (de type umbrella-sampling) les interactions entre agrégats, ces interactions étant à la base de la modélisation à l’échelle mésoscopique « gros-grains » (Monte Carlo).

Dans un contexte de chimie séparative dans l’optique de valorisation de métaux stratégiques, le sujet de thèse se focalisera sur des suspensions colloïdales organiques dont les agrégats seront composés de sels de lanthanides en présence de molécules extractantes de type diamides. Les méthodes théoriques et numériques développées au cours de la thèse pourront être adaptées et transférées à d’autres applications industrielles impliquant des suspensions colloïdales.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Le candidat devra être titulaire d’un master 2 ou d'un diplôme d'ingénieur avec une connaissance reconnue de la chimie-physique.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Centre : Marcoule
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Magali Duvail  

CEA
DRF/ICSM//ICSM
Laboratoire Modélisation Mésoscopique et Chimie Théorique (LMCT)
Institut de Chimie Séparative de Marcoule ICSM
UMR 5257 CEA / CNRS / Université de Montpellier / ENSCM
Centre de Marcoule - Bât. 426 BP 17171
30207 Bagnols sur Cèze Cedex

Téléphone : +33 4 66 79 57 21

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Montpellier
Sciences Chimiques Balard
DIRECTEUR DE THÈSE

Jean-François DUFRECHE

Université Montpellier
ICSM - Laboratoire Modélisation Mésoscopique et Chimie Théorique
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Site de Marcoule - Bât. 426
BP 17171
30207 Bagnols sur Cèze