Dynamique d’une émulsion sur une ou plusieurs fibres

Proposition de thèse 2024-2027

Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (SIMM),
UMR 7615
Adresse  : ESPCI – 10 rue Vauquelin – 75231 Paris Cedex 05
Directeur de l’Unité : Etienne Barthel
Encadrement : Science et Ingénierie de la Matière Molle à l’ESPCI : Patrick Perrin, Nicolas Sanson, Cécile Monteux
Saint-Gobain : Hanaé Dupont et Rémi Deleurence

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Contexte - Dans le procédé de fabrication de nombreux produits de Saint-Gobain - composites, isolants, textiles – une solution est appliquée sur des fibres après leur fabrication. Dans le cas des fibres utilisées comme renforts mécaniques pour les matériaux composites, la solution appliquée est généralement une émulsion hautement diluée, appelée ensimage, et joue un rôle clé pour assurer les propriétés du fil obtenu (protection du fil, cohésion entre filaments, tenue mécanique aux tensions et abrasions lors du tissage). Lors de la mise en forme du composite, l’ensimage génère également une interphase servant de lien entre la matrice polymère et le renfort inorganique. Le rôle de l’ensimage est donc critique pour l’utilisation des fibres, et une meilleure compréhension du lien entre sa physico-chimie, le procédé de dépôt et les caractéristiques du film permettrait d’optimiser la performance des produits industriels.

Objectif de la thèse - L’objectif de la thèse est d’étudier l’application (dépôt, évolution, séchage) d’un film liquide d’émulsion sur un ou plusieurs filaments, pour comprendre le lien entre les propriétés physico-chimiques de l’émulsion et le film sec obtenu sur la fibre. Différentes questions se posent alors sur les paramètres qui pilotent le dépôt d’une émulsion sur une fibre : quels sont les mécanismes et cinétique de déstabilisation de l’émulsion mis en jeu pendant et après dépôt ? Y a-t-il une auto-organisation des espèces à l’intérieur du film et aux interfaces générant une texturation de surface (Fig. ci-dessus) ? Quel est l’effet de paramètres tels que la viscosité, tension de surface, taille de gouttes et leur stabilité, sur la structure des films obtenus ? La réalisation d’un montage expérimental permettra de suivre les phénomènes de transport dans l’ensimage et de comprendre la structure du film sec obtenu après séchage de l’émulsion sur la fibre (imagerie, MEB environnemental, microscopie confocale à fluorescence, AFM…). Les conditions externes pourront être ajustées afin de mimer le procédé industriel, notamment la température extérieure, l’humidité relative ou la présence de forces centrifuges.

Exemple de films formés par séchage d’émulsion a) sur substrat plan et b) sur fibre1. La texturation du dépôt au cours du séchage est un phénomène encore mal compris.

Profil recherché
Diplômé(e) en Master 2 ou d’une école d’ingénieur avec de solides connaissances en physico-chimie des systèmes dispersés et polymères. Des compétences en analyse d’image et en physique des liquides seraient un atout. Esprit d’initiative, créativité et goût prononcé pour l’expérimentation seront nécessaires pour mener à bien ce projet.

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