Comprendre les signaux émis par les liquides en mouvement // Understanding the signals emitted by moving liquids

L'élasticité est l'une des plus anciennes propriétés physiques de la matière condensée. Elle s'exprime par une constante de proportionnalité G entre la contrainte appliquée (s) et la déformation (?) : s = G.? (loi de Hooke). L'absence de résistance à la déformation de cisaillement (G' = 0) indique un comportement de type liquide (modèle de Maxwell). Longtemps considérée comme spécifique aux solides, l'élasticité de cisaillement a récemment été identifiée dans les liquides à l'échelle submillimétrique notamment mis en évidence par un groupe au Laboratoire Léon Brillouin [1].
L'identification de l'élasticité de cisaillement des liquides (G' non nul) est une promesse de découverte de nouvelles propriétés liquides. Nous avons ainsi montré qu'un liquide confiné change de température sous l'effet d'un écoulement. Pourtant, aucun modèle classique (Poiseuille, Navier-Stokes, Maxwell) ne prédit cet effet, car sans corrélation à longue portée entre les molécules (c'est-à-dire sans élasticité), l'écoulement est dissipatif, donc athermique. Pour qu'un changement de température soit induit par l'écoulement (sans source de chaleur), le liquide doit présenter une élasticité et cette élasticité doit être sollicitée mécaniquement [1,2]. La thèse de doctorat explorera la conversion de l'énergie mécanique de l'écoulement en températures hors-équilibre (Non-Fourier) [2]. Nous exploiterons notamment cette capacité de conversion pour développer une nouvelle génération de systèmes microfluidiques (brevet FR2206312).
Nous explorerons également l'impact du mouillage sur l'écoulement et, réciproquement, nous examinerons comment l'écoulement liquide modifie la dynamique solide (THz) du substrat [3]. Des méthodes performantes, disponibles uniquement dans les Très Grandes Installations de Recherche (TGIR) comme l'ILL, seront utilisées pour sonder la dynamique hors-équilibre des phonons. Enfin, nous renforcerons nos collaborations existantes avec des théoriciens.

Le sujet de thèse porte sur le mouillage, les effets thermiques macroscopiques, la dynamique des phonons et le transport liquide.
Références:
1. A. Zaccone, K. Trachenko, “Explaining the low-frequency shear elasticity of confined liquids" PNAS, 117 (2020) 19653–19655. Doi:10.1073/pnas.2010787117
2. E. Kume, P. Baroni, L. Noirez, “Strain-induced violation of temperature uniformity in mesoscale liquids” Sci. Rep. 10 13340 (2020). Doi: 10.1038/s41598-020-69404-1.
3. M. Warburton, J. Ablett, P. Baroni, JP Rueff, L. Paolasini, L. Noirez, “Identification by Inelastic X-Ray scattering of bulk alteration of solid dynamics due to Liquid Wetting”, J. of Molecular Liquids 391 (2023) 123342202.

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Elasticity is one of the oldest physical properties of condensed matter. It is expressed by a constant of proportionality G between the applied stress (s) and the deformation (?): s = G.? (Hooke's law). The absence of resistance to shear deformation (G' = 0) indicates liquid-like behavior (Maxwell model). Long considered specific to solids, shear elasticity has recently been identified in liquids at the submillimeter scale [1].
The identification of liquid shear elasticity (non-zero G') is a promise of discoveries of new liquid properties. For example, do we know that a confined liquid changes temperature under flow? Yet no classical model (Poiseuille, Navier-Stokes, Maxwell) predicts the effect because without long-range correlation between molecules (i.e. without elasticity), the flow is dissipative, therefore athermal. For a change in temperature to be flow induced (without a heat source), the liquid must have elasticity and this elasticity must be stressed [1,2].
The PhD thesis will explore how the mechanical energy of the flow is converted in a thermal response [2]. We will exploit the capacity of conversion to develop a new generation of microfluidic devices (patent FR2206312).
We will also explore the impact of the wetting on the liquid flow, and reciprocally, we will examine how the liquid flow modifies the solid dynamics (THz) of the substrate [3]. Powerful methods only available in Very Large Research Facilities such as the ILL will be used to probe the non-equilibrium state of solid phonons. Finally, we will strengthen our existing collaborations with theoreticians.

The PhD topic is related to wetting, macroscopic thermal effects, phonon dynamics and liquid transport.

1. A. Zaccone, K. Trachenko, “Explaining the low-frequency shear elasticity of confined liquids" PNAS, 117 (2020) 19653–19655. Doi:10.1073/pnas.2010787117
2. E. Kume, P. Baroni, L. Noirez, “Strain-induced violation of temperature uniformity in mesoscale liquids” Sci. Rep. 10 13340 (2020). Doi : 10.1038/s41598-020-69404-1.
3. M. Warburton, J. Ablett, P. Baroni, JP Rueff, L. Paolasini, L. Noirez, “Identification by Inelastic X-Ray scattering of bulk alteration of solid dynamics due to Liquid Wetting”, J. of Molecular Liquids 391 (2023) 123342202


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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Laboratoire Léon Brillouin
Laboratoire : Nouvelles Frontières dans les Matériaux Quantiques
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Ondes et Matière (EDOM)
Directeur de thèse : NOIREZ Laurence
Organisme : CNRS-UMR 12
Laboratoire : LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique
URL : https://iramis.cea.fr/pisp/laurence-noirez-fr/
URL : https://iramis.cea.fr/llb/nfmq/
URL : https://iramis.cea.fr/llb/

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Laboratoire Léon Brillouin

motivation for experimental physics, excellent in materials or liquid physics