Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Modeling and simulation approaches to study the viscoelastic behavior of polymer gels

Laboratoire principal - Référent principal Navier  -  PUOSI Francesco

Directeur du laboratoire principal SULEM Jean  -

Spécialité de la thèse Sciences des Matériaux

Axe 3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu LEMAITRE Anael  -  Université Gustave Eiffel  -  Navier

Co-directeur de thèse prévu PUOSI Francesco  -  Université Gustave Eiffel  -  Navier

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Université Gustave Eiffel

Résumé

Les gels de polymères sont des matériaux mous constitués d’un réseau tridimensionnel de chaînes polymères réticulées capable d’absorber et de retenir de grandes quantités de liquide, tels que l’eau ou des solvants [1]. Leur structure leur confère des propriétés uniques, comme l’élasticité, le gonflement et la réactivité à des stimuli externes tels que la température, le pH ou les champs électriques [2]. Historiquement, les gels polymères ont suscité un intérêt considérable en raison de leurs applications polyvalentes dans des domaines tels que les dispositifs biomédicaux, la robotique douce et les matériaux avancés. Plus récemment, une nouvelle application potentielle a émergé : leur utilisation comme additifs pour améliorer les performances du bitume dans les applications de construction routière et d’étanchéité (voir [1,2] pour quelques exemples). En incorporant des gels polymères dans le bitume, l’élasticité viscoélastique accrue permet au matériau d’absorber et de dissiper plus efficacement les contraintes, réduisant ainsi les risques de fissuration à basse température et de déformation à haute température. Cet équilibre entre élasticité et viscosité, fourni par le gel polymère, améliore significativement la durabilité et la résilience du bitume dans des environnements exigeants. Par conséquent, l’étude des propriétés viscoélastiques des gels polymères est cruciale pour optimiser leurs performances dans de telles applications.

Cette thèse de doctorat porte sur le comportement viscoélastique des gels polymères par le biais de la modélisation et de la simulation avancées, visant à approfondir la compréhension de leur réponse mécanique.
Le/la candidat(e) retenu(e) sera chargé(e) de :

Développer un modèle à gros grains de gel polymère intégrant deux phases : polymère et matrice.
Ajuster le modèle et explorer son diagramme de phases.
Étudier la réponse viscoélastique des gels en utilisant la spectroscopie mécanique simulée et des techniques de physique statistique pour les matériaux.
Collaborer étroitement avec des partenaires expérimentaux, en exploitant les synergies entre théorie et expérience.
La thèse se déroulera au Laboratoire Navier, situé à trente minutes du centre de Paris, et est soutenue conjointement par l’Université Gustave Eiffel, l’École des Ponts et le CNRS.

Le/la candidat(e) doit être titulaire d’un Master en physique ou en science des matériaux, avec un fort intérêt pour la physique statistique et les simulations numériques.
La maîtrise de l’anglais (écrit et oral) est requise.

Références :
[1] Y. Osada, J.-P. Gong, “Soft and Wet Materials: Polymer Gels”, Adv. Mater., 10: 827 (2006).
[2] G. M. Kavanagh, S. B. Ross-Murphy, “Rheological characterisation of polymer gels”, Progress in Polymer Science, 23, 533 (1998).
[3] J. Zhu, B. Birgisson, N. Kringos, “Polymer modification of bitumen: Advances and challenges”, European Polymer Journal, 54, 18 (2014).
[4] B. Singh, M. Gupta, L. Kumar, “Bituminous polyurethane network: Preparation, properties, and end use”, J. Appl. Polym. Sci., 101, 217 (2006).

Mots-clefs:

Laboratoire principal - Référent principal	Navier - PUOSI Francesco
Directeur du laboratoire principal	SULEM Jean -
Spécialité de la thèse	Sciences des Matériaux
Axe	3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	LEMAITRE Anael - Université Gustave Eiffel - Navier
Co-directeur de thèse prévu	PUOSI Francesco - Université Gustave Eiffel - Navier
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Université Gustave Eiffel
Résumé Les gels de polymères sont des matériaux mous constitués d’un réseau tridimensionnel de chaînes polymères réticulées capable d’absorber et de retenir de grandes quantités de liquide, tels que l’eau ou des solvants [1]. Leur structure leur confère des propriétés uniques, comme l’élasticité, le gonflement et la réactivité à des stimuli externes tels que la température, le pH ou les champs électriques [2]. Historiquement, les gels polymères ont suscité un intérêt considérable en raison de leurs applications polyvalentes dans des domaines tels que les dispositifs biomédicaux, la robotique douce et les matériaux avancés. Plus récemment, une nouvelle application potentielle a émergé : leur utilisation comme additifs pour améliorer les performances du bitume dans les applications de construction routière et d’étanchéité (voir [1,2] pour quelques exemples). En incorporant des gels polymères dans le bitume, l’élasticité viscoélastique accrue permet au matériau d’absorber et de dissiper plus efficacement les contraintes, réduisant ainsi les risques de fissuration à basse température et de déformation à haute température. Cet équilibre entre élasticité et viscosité, fourni par le gel polymère, améliore significativement la durabilité et la résilience du bitume dans des environnements exigeants. Par conséquent, l’étude des propriétés viscoélastiques des gels polymères est cruciale pour optimiser leurs performances dans de telles applications. Cette thèse de doctorat porte sur le comportement viscoélastique des gels polymères par le biais de la modélisation et de la simulation avancées, visant à approfondir la compréhension de leur réponse mécanique. Le/la candidat(e) retenu(e) sera chargé(e) de : Développer un modèle à gros grains de gel polymère intégrant deux phases : polymère et matrice. Ajuster le modèle et explorer son diagramme de phases. Étudier la réponse viscoélastique des gels en utilisant la spectroscopie mécanique simulée et des techniques de physique statistique pour les matériaux. Collaborer étroitement avec des partenaires expérimentaux, en exploitant les synergies entre théorie et expérience. La thèse se déroulera au Laboratoire Navier, situé à trente minutes du centre de Paris, et est soutenue conjointement par l’Université Gustave Eiffel, l’École des Ponts et le CNRS. Le/la candidat(e) doit être titulaire d’un Master en physique ou en science des matériaux, avec un fort intérêt pour la physique statistique et les simulations numériques. La maîtrise de l’anglais (écrit et oral) est requise. Références : [1] Y. Osada, J.-P. Gong, “Soft and Wet Materials: Polymer Gels”, Adv. Mater., 10: 827 (2006). [2] G. M. Kavanagh, S. B. Ross-Murphy, “Rheological characterisation of polymer gels”, Progress in Polymer Science, 23, 533 (1998). [3] J. Zhu, B. Birgisson, N. Kringos, “Polymer modification of bitumen: Advances and challenges”, European Polymer Journal, 54, 18 (2014). [4] B. Singh, M. Gupta, L. Kumar, “Bituminous polyurethane network: Preparation, properties, and end use”, J. Appl. Polym. Sci., 101, 217 (2006).
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