Solidification de suspensions : effets des interactions entre particules et de leur poly-dispersité sur les morphologies et leurs transitions // Solidification of suspensions: effects of particle interactions and of polydispersity on morphologies and tran

La solidification de suspensions, à savoir de milieux liquides contenant des particules solides, se rencontre dans de nombreux domaines allant de la physique des sols à la fabrication de matériaux micro-texturés en passant par l'industrie alimentaire ou la cryobiologie. Elle conduit à des effets de pression importants dans la phase liquide et à une réorganisation des particules dans la phase solide. Ceci peut être délétère (déformation des chaussées ; modification des sols et fissuration des habitations) ou bénéfique (création de nouveaux matériaux de résistance mécanique amplifiée). Si ces phénomènes prennent naissance dans l'interaction entre le front de solidification et les particules à son contact, ils sont largement conditionnés par les interactions entre particules dans la phase liquide et leur mono- ou poly-dispersité.

L'objectif de la thèse sera d'étudier expérimentalement le lien entre le type d'interaction entre par- ticules ou leur poly-dispersité et les morphologies induites dans la phase solide, leurs transitions en fonction des paramètres de contrôle, ou leurs effets mécaniques sur le système. Pour cela, une expérience modèle de solidification directionnelle en lames minces permettant la visualisation des phénomènes in situ et en temps réel sera utilisée. Les interprétations des structures et des effets observés pourront s'adosser à des modèles mêlant solidification, hydrodynamique dans la suspension (diluée loin du front et dense près de celui-ci) et matière granulaire (appliquée aux amas de parti- cules ou aux particules agrégées).
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The solidification of suspensions, i.e. of a liquid media containing solid particles, is encountered in many fields, from soil physics to the manufacture of micro-textured materials, including the food industry and cryobiology. It leads to important pressure effects in the liquid phase and to a reorganization of the particles in the solid phase. This can be deleterious (deformation of pavements; modification of soils and cracking of houses) or beneficial (creation of new materials with amplified mechanical resistance). If these phenomena originate in the interaction between the solidification front and each particle in contact with it, they are largely conditioned by the interactions between particles in the liquid phase and their mono or polydispersity.

The objective of the thesis will be to study experimentally the link between the type of interaction between particles or their polydispersity and the morphologies induced in the solid phase, their transitions as a function of the control parameters, or their mechanical effects on the system. For this purpose, a model experiment of directional solidification in thin films allowing the visualization of the phenomena in situ and in real time will be used. Interpretations of the observed structures and effects will be based on models mixing solidification, hydrodynamics in the suspension (diluted far from the front and dense near it) and granular material (applied to clusters of particles or aggregated particles).
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Aix Marseille Université

353 Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique

Le candidat sera titulaire d'un Master ou équivalent en mécanique, mathématiques appliquées ou en physique. Une formation expérimentale n'est pas absolument requise mais un intérêt pour la démarche expérimentale et l'analyse d'expériences modèles est attendu.
The candidate will have a Master's degree or equivalent in mechanics, applied mathematics or physics. An experimental background is not absolutely required, but an interest in the experimental approach and the analysis of model experiments is expected.