Mousses gélifiées : élaboration et propriétés rhéologiques // Soft foamy material from gelling foams

Les mousses, dispersions de bulles de gaz dans un fluide, sont un exemple de systèmes complexes hors équilibre. La structure et les propriétés des mousses liquides sont contrôlées par la capillarité, de sorte que leur écoulement ou leur évolution dans le temps dépend principalement des propriétés de leurs interfaces. Ces dernières années, un intérêt croissant s'est porté sur les mousses dites « élastocapillaires », où les bulles sont incluses dans un solide mou. Les propriétés de ces mousses résultent d'une compétition entre les effets de surface et la rhéologie du matériau continu (capillarité vs. élasticité), ce qui peut donner lieu à une nouvelle classe d'évolution structurale et de topologie des bulles.

Notre objectif est de comprendre la relation entre les propriétés rhéologiques de la phase continue et les propriétés finales du matériau, avec plusieurs applications potentielles, notamment dans les mousses alimentaires texturées ou les matériaux isolants pour le bâtiment.

Nous travaillerons avec des mousses dans lesquelles un gel colloïdal se forme (nanoparticules de silice qui s'agrègent et gélifient en présence de sel). Au fil du temps, le gel colloïdal se rigidifie, développant une contrainte seuil et un module élastique. Le temps caractéristique de gélification et la rigidité du gel peuvent être contrôlés en modifiant la concentration en colloïdes ou en sel. Nous suivrons l'évolution de la structure de la mousse (taille et organisation des bulles) ainsi que sa réponse rhéologique. La combinaison des mesures de microscopie et des propriétés rhéologiques devrait nous permettre de comprendre comment les propriétés rhéologiques des bulles et de la phase continue sont couplées. Cette approche nous rapprochera de la création de matériaux aux propriétés mécaniques innovantes.
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Foams, dispersions of gas bubbles in a fluid, are an example of complex out-of-equilibrium systems. The structure and properties of liquid foams are controlled by capillarity, so how foams flow or how they evolve in time depends mainly on the properties of their interfaces. In recent years there has been growing interest in “elastocapillary” foams, where bubbles are embedded in a soft solid. The properties of such foams are controlled by a competition between surface effects and bulk rheology (capillarity vs. elasticity), which can lead to a novel class of structural evolution and bubble topology. Our objective is to rationalize the relation between the rheological properties of the continuous phase and resulting material properties, with a number of applications such as textured food foams or insulation for the building industry.

We will work with foams in which a colloidal gel is forming (silica nanoparticles, which aggregate and gel with the addition of salt). In time, the colloidal gel stiffens, it develops a yield stress and an elastic modulus. The characteristic gelling time and the gel stiffness can be controlled by changing the concentration of colloids or salt. We will follow the evolution of foam structure (bubble size and organization) and its rheological response. The combined measurements of microscopy and rheological properties should allow us to understand how the rheological properties of bubbles and continuous phase are coupled. This will advance us towards the creation of materials with novel mechanical properties.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

397 Physique et Chimie des Matériaux

Nous recherchons un expérimentateur enthousiaste titulaire d'un master (ou équivalence) en physique , chimie ou dans un domaine connexe, souhaitant travailler dans un laboratoire dynamique et apprécier le travail collaboratif dans le cadre d'un programme de recherche financé par l'ANR.
We are looking for an enthusiastic experimentalist with a masters degree (or equivalent) in Chemical Engineering, Chemistry, Physics or a related topic to work in a dynamic laboratory, and to enjoy collaborative working in an ANR-funded research program.