Thèse à l'Écoute des Mousses Révéler la Structure par le son et les Neutrons H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut LAUE LANGEVIN Direction de la thèse : Leonardo CHIAPPISI ORCID 0000000245942865 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59 Les mousses liquides sont omniprésentes dans la nature comme dans l'industrie, mais leur structure complexe continue de poser des défis fondamentaux. Composées de bulles de gaz séparées par de fines lamelles liquides et reliées par des bords de Plateau, elles présentent des propriétés mécaniques, optiques et acoustiques remarquables. Parmi celles-ci, l'interaction entre les mousses et les ondes sonores constitue un sujet à la fois fascinant et riche en applications. Ce projet de doctorat vise à explorer ce domaine encore largement méconnu en combinant techniques acoustiques avancées et caractérisation structurale de pointe.

La propagation du son dans les mousses dépend fortement de leur structure hiérarchique. À basse fréquence, lorsque la longueur d'onde dépasse la taille des bulles, les mousses se comportent comme des milieux continus, avec des vitesses du son très faibles et une forte atténuation. Dans ce régime, des modèles permettent d'extraire des propriétés macroscopiques comme la taille des bulles et la fraction liquide. À plus haute fréquence - lorsque la longueur d'onde devient comparable ou inférieure à la taille des bulles - la réponse acoustique devrait sonder des éléments plus fins, notamment l'épaisseur des films de mousse. Cependant, ce régime reste mal compris, faute d'approches expérimentales capables de relier structure multi-échelle et propriétés acoustiques.

Ce projet propose de lever cette limitation en intégrant des mesures acoustiques à une plateforme expérimentale unique développée à l'Institut Laue-Langevin (ILL), permettant une caractérisation in situ des mousses du nanomètre au millimètre. En combinant diffusion de neutrons aux petits angles (SANS), macrophotographie et conductance électrique avec une excitation acoustique contrôlée, le projet établira un lien direct entre propagation du son et structure des mousses.

Le projet s'articule autour de trois objectifs. D'abord, développer un dispositif intégrant des transducteurs ultrasonores dans une colonne de mousse compatible avec les instruments neutroniques, afin de contrôler fréquence et amplitude. Ensuite, étudier la réponse acoustique à haute fréquence avec des ondes de faible amplitude, pour établir des corrélations quantitatives entre signaux acoustiques et structure microscopique, notamment l'épaisseur des films. Enfin, explorer l'utilisation d'ondes de forte amplitude pour contrôler activement la structure des mousses, en étudiant l'effet de la fréquence et de l'amplitude sur les bulles et les films.

Au-delà de son intérêt fondamental, ce projet présente un fort potentiel applicatif. Les méthodes acoustiques sont déjà utilisées dans l'agroalimentaire, la cosmétique ou la pharmacie pour surveiller les mousses. Une meilleure compréhension des interactions mousse-son pourrait permettre de développer des techniques simples et non invasives pour mesurer des paramètres clés comme l'épaisseur des films, et ouvrir de nouvelles voies pour optimiser stabilité et performances.

Ce projet interdisciplinaire, à l'interface de la matière molle, de la mécanique des fluides et de la diffusion de neutrons, offre une opportunité unique de relier comportement acoustique et structure microscopique, et de développer de nouvelles stratégies de caractérisation et de contrôle des mousses. Les mousses liquides présentent des propriétés acoustiques remarquables exploitées dans de nombreux domaines industriels. Si leur comportement à basse fréquence est relativement bien décrit, le régime haute fréquence, sensible à la microstructure, reste mal compris en raison du manque d'approches expérimentales couplant mesures acoustiques et caractérisation structurale. Comprendre la propagation du son dans les mousses à différentes échelles, relier les propriétés acoustiques à la structure, et explorer le contrôle de la structure des mousses par excitation acoustique. Développement d'un dispositif expérimental combinant ultrasons et diffusion de neutrons aux petits angles (SANS), complété par des mesures macroscopiques (imagerie, conductance), afin de sonder les mousses de l'échelle nanométrique à millimétrique sous excitation acoustique contrôlée.

Le ou la candidat(e) devra posséder une solide formation en physique, physico-chimie ou domaine connexe, avec de bonnes bases en matière molle, mécanique des fluides ou physique de la matière condensée. Des connaissances en techniques de diffusion (neutrons ou rayons X) et/ou en acoustique seront appréciées mais ne sont pas indispensables.

Un fort intérêt pour le travail expérimental est essentiel, incluant le développement de dispositifs, la réalisation de mesures et l'analyse de données complexes. Des compétences de base en programmation (par exemple en Python) pour le traitement et la modélisation des données sont attendues. Une expérience en traitement du signal constitue un atout.