Nanobulles et nanothermique aux interfaces

Nanobubbles and nanothermy across interfaces

• Auteur / Autrice : Julien Lombard
• Direction : Thierry Biben, Samy Merabia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 10/11/2014
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière - Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Natalia Del Fatti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Chantrenne, Guillaume Baffou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alois Würger, Guillaume Galliéro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bulles

Interactions électron-phonon

Électrocinétique (effets d'interface)

Transfert de chaleur

Mots clés libres

Nanobulles

Transferts thermiques

Différences finies

Spinodale

Nanobubbles

Thermal transfer

Finite difference

Spinodal

Résumé

L'étude des nanobulles de vapeur générées autour de nanoparticules métalliques chauffées par un laser dans de l'eau a connu un intérêt croissant au cours de la dernière décennie, motivé notamment par leur utilisation potentielle pour des applications biomédicales. Ces travaux sont majoritairement expérimentaux et il n'existe pas de description complète des phénomènes physiques régissant la génération et la dynamique des nanobulles. L'objet de cette thèse est de répondre à ces questions fondamentales par la résolution numérique d'un modèle fondé sur les équations de conservation locales dans le fluide (masse, quantité de mouvement et énergie) et prenant en compte la thermodynamique du fluide, les effets capillaires et la résistance thermique à l'interface or-fluide. Par la résolution de ce modèle, nous avons accès à la thermodynamique du fluide avant sa vaporisation et pendant la durée de l'existence des nanobulles, ce qui permet la description de leur dynamique. Dans un second temps, nous définissons le critère de vaporisation dans le fluide par le franchissement de la température spinodale du fluide. Enfin, nous effectuons le bilan énergétique de la production et de la croissance des nanobulles, pour optimiser le transfert énergétique entre le laser et la nanobulle. Nous nous intéressons enfin à la conductance thermique d'interface due au couplage électron-phonon entre un métal et un diélectrique. Après avoir souligné l'influence de ce type de couplage sur le transfert énergétique interfacial, nous présentons des résultats préliminaires concernant le chauffage d'un fluide par des nanoparticules de type cœur-coquille or-silicium

Nanobubbles produced around metal nanoparticles heated by a laser pulse have received an increasing interest over the last decade. This interest is motivated by the possible use of those nanobubbles as an agent for cancer therapy. Existing studies are mainly experimental and a complete description of the mechanisms controlling the nanobubbles generation and evolution is still lacking. The aim of this thesis is to answer those fundamental issues by numerically solving a model based on the conservation equations inside the fluid (mass, momentum and energy). This model accounts for the thermodynamics of the fluid, capillary effects and a thermal interface resistance across the particle-fluid interface. Solving this model gives information about the thermodynamics of the fluid before and after its vaporization, which allows for the description of the bubbles dynamics. Then, we can define a criterion for bubbles generation, which corresponds to the crossing of the spinodal temperature of the fluid. Finally, we investigate the role played by the interface thermal resistance arising from electron-phonon couplings between a metal and a dielectric. We present some preliminary results concerning the heating of a fluid with core-shell nanoparticles