Réponse Acoustique de l'Adsorption et du Transport de Fluides dans un Matériau Nanoporeux

Acoustic Response of Fluid Adsorption and Transport in Nanoporous Materials

• Auteur / Autrice : Loriane Didier
• Direction : Benoît Coasne
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PSM : Physique statistique et modélisation

Mots clés

Mots clés libres

Fluides nanoconfinés

Matériaux nanoporeux

Propriétés mécaniques et acoustiques

Nanosciences

Simulation moléculaire

Nanoconfined fluids

Mechanical and acoustical properties

Molecular simulation

Nanoporous materials

Nanosciences

Résumé

Les fluides confinés à l'intérieur de matériaux nanoporeux font l'objet d'intenses recherches pour comprendre l'impact du nanoconfinement et des forces de surface sur la thermodynamique et la dynamique des fluides. D'un point de vue pratique, ces fluides nanconfinés sont au cœur de technologies efficaces ayant un impact sur notre économie/écologie : stockage/conversion de l'énergie, protection de l'environnement, santé/bien-être humain, agroalimentaire/science de l'alimentation, etc. En particulier, l'adsorption et la séparation dans les solides nanoporeux devraient permettre de résoudre des problèmes de plus en plus complexes tels que l'élimination des bio/agropolluants, la réduction des gaz à effet de serre, la production d'eau potable, etc. Dans cette thèse de doctorat, nous utiliserons la modélisation moléculaire classique et des approches théoriques - de l'échelle atomique à l'échelle macroscopique - pour élucider la signature acoustique de l'adsorption/transport dans les matériaux nanoporeux. A chaque échelle, nous sonderons l'émission acoustique spontanée par le système fluide/solide et sa réponse à la stimulation par des ondes acoustiques. Une comparaison avec les expériences réalisées dans notre groupe et dans le cadre d'un projet de recherche national sera effectuée à chaque échelle. Des fluides avec différentes interactions (He, CH4, CO2) seront étudiés dans des matériaux nanoporeux pour sonder les effets de taille de pore/interaction. En faisant varier, statiquement ou dynamiquement, le gradient de pression induisant le flux et la pression/température moyenne, le rôle du type de transport (Knudsen, diffusion, flux visqueux) et du type d'adsorption (pores partiellement et entièrement remplis) sera sondé.

Fluids within nanoporous materials are the topic of intense research to unravel the impact of nanoconfinement and surface forces on fluid thermodynamics and dynamics. From a practical viewpoint, such nanconfined fluids are at the heart of efficient technologies impacting our economy/ecology: energy storage/conversion, environment protection, health/human welfare, agribusiness/food science, etc. In particular, adsorption and separation in nanoporous solids are expected to address increasingly complex problems such as bio/agropollutants removal, greenhouse gas mitigation, drinkable water production, etc. In this PhD thesis, we will employ classical molecular modeling and theoretical approaches – from the atomic to the macro scales – to unravel the acoustic signature of adsorption/transport in nanoporous materials. At each scale, we will probe spontaneous acoustic emission by the fluid/solid system and its response to acoustic wave stimulation. Comparison with experiments done in our group and in the context of a national research project will be performed at each scale. Fluids with different interactions (He, CH4, CO2) will be studied in nanoporous materials to probe pore size/interaction effects. By varying, statically or dynamically, the pressure gradient inducing flow and the mean pressure/temperature, the role of transport type (Knudsen, diffusion, viscous flow) and adsorption type (partially and entirely filled pores) will be probed.