Couplages électro-fluidiques induits par les fluctuations à l'interface solide-liquide

Fluctuation-induced electro-fluidic couplings at the solid-liquid interface

• Auteur / Autrice : Baptiste Coquinot
• Direction : Lydéric Bocquet, Nikita Kavokine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/06/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de l'ENS (Paris ; 2019-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Orrit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lydéric Bocquet, Nikita Kavokine, Michel Orrit, David S. Dean, Philippe Ben-Abdallah, Xavier Blase, Sophie Marbach, Marco Schiro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David S. Dean, Philippe Ben-Abdallah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique

Mots clés libres

Nanofluidique

Matière condensée

Physique statistique

Théorie des champs

Nanofluidics

Condensed matter

Statistical physics

Field theory

Résumé

Cette thèse explore les couplages à l'interface solide-liquide qui résultent des fluctuations des degrés de liberté microcopiques du solide et du liquide. Nous décrivons dans quels contextes ces couplages dominent le frottement solide-liquide, modifiant l'hydrodynamique aux nanoéchelles, et comment on peut les utiliser pour contrôler le coefficient de frottement. Nous montrons que les modes du solide sont affectés par un écoulement à sa surface, devenant hors-équilibre. Cela modifie le frottement, si bien que l'étude de la dynamique du liquide nécessite désormais de décrire la dynamique du solide avec laquelle elle est couplée. En particulier, il devient possible de faire de l'ingénierie du frottement en changeant les propriétés électroniques du solide. En outre, il devient également possible de transférer un écoulement à travers un solide et donc de créer des écoulements interdits par l'hydrodynamique standard. Enfin, nous prouvons qu'il est possible de convertir la force de frottement en une puissance électrique, et donc d'utiliser ces couplages pour fabriquer un générateur hydroélectrique prometteur.

This thesis explores couplings at the solid-liquid interface, arising from fluctuations in the microscopic degrees of freedom of both the solid and the liquid. We describe in which contexts these couplings dominate solid-liquid friction, then impacting hydrodynamics at the nanoscale, and how they can be used to engineer the friction coefficient. We show that the solid modes are impacted by a flow at their surface, driving them out of equilibrium. This modifies the friction, so that the study of liquid dynamics now requires describing the dynamics of the solid to which it is coupled. In particular, it becomes possible to engineer the friction by changing the electronic properties of the solid. Moreover, it also becomes possible to transfer a flow throughout a solid and thus to make flows forbidden by standard hydrodynamics. Finally, we prove that it is possible to convert the friction force into an electrical power, thus using these couplings to make a promising hydroelectric generator.