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

L'élasticité est une des plus anciennes propriétés physiques de la matière condensée. Elle s'exprime par une constante G de proportionnalité entre la contrainte appliquée (σ) et la déformation (γ) : σ = G.γ (loi de Hooke). L'absence de résistance à une déformation en cisaillement (G' = 0) indique un comportement de type liquide (modèle de Maxwell). Longtemps considérée comme propre aux solides, une élasticité a été récemment identifiée dans les liquides à l'échelle submillimétrique [1].
L'identification d'élasticité de cisaillement (G'  0) à petit échelle est une promesse de découvertes de nouvelles propriétés solides des liquides. Ainsi, nous explorerons la réponse thermique des liquides [2,3], exploiterons la capacité de conversion de l'énergie mécanique en variations de température et élaborerons une nouvelle génération d'outils micro-hydrodynamiques.
A l'échelle nanoscopique, nous étudierons l'influence de la surface en contact avec le liquide (solide/liquide, liquide/liquide). Il sera question d'étudier par des méthodes uniques comme la diffusion inélastique neutrons et rayonnement Synchrotron, la dynamique de l'interface solide-liquide en utilisant de Très Grandes Installations de Recherche comme l'ILL ou l'ESRF, ainsi que par microscopie (AFM). Enfin, nous renforcerons nos collaborations avec les théoriciens, notamment avec l'Université de Milan.

Ce sujet est en relation aux mécanismes du mouillage, de l'écoulement ('liquid transport'), et l'identification d'effets thermiques sous écoulement à petite échelle.

Références:
1. “Explaining the low-frequency shear elasticity of confined liquids, A. Zaccone, K. Trachenko, 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. L. Noirez, E. Kume, P. Baroni, Mesoscopic Liquids Emit Thermal Waves Under Shear Strain or Microflow, Liquids 2025, 5(4), 27; https://doi.org/10.3390/liquids5040027.
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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 (σ) and the deformation (γ): σ = G.γ (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 (G' non-zero) is a promise of discoveries of new solid 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 [2,3].
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).
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. 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 [3]. Finally, we will strengthen our existing collaborations with theoreticians.

The PhD topic is related to wetting, macroscopic thermal effects, phonon dynamics and liquid transport.
References
1. “Explaining the low-frequency shear elasticity of confined liquids, A. Zaccone, K. Trachenko, 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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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-Physique*

Université Paris-Saclay GS Physique

564 Physique en Ile de France

Une forte motivation pour la physique expérimentale, l'innovation et d'excellentes compétences en physique des matériaux ou des liquides sont requises.
A strong motivation for experimental physics, innovation, and excellent skills in materials or liquid physics are required.