Thèse Optorhéologie Spatio-Temporelle de Systèmes Complexes à l'Échelle Micrométrique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Bordeaux École doctorale : Sciences Physiques et de l'Ingénieur Laboratoire de recherche : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine Direction de la thèse : Ulysse DELABRE ORCID 0000000232016811 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59 Les propriétés rhéologiques et interfaciales, telles que la viscosité et la tension de surface, sont essentielles pour comprendre et caractériser les matériaux dits fragiles (« soft complex systems ») omniprésents en science des matériaux et en biophysique [1]. Plusieurs phénomènes dynamiques font intervenir des variations spatiales de ces propriétés interfaciales (effet Marangoni solutal ou thermique, transports aux interfaces, etc.). Pourtant, leurs caractérisations expérimentales restent un défi, notamment à l'échelle micrométrique (où les méthodes classiques échouent) et dans le cas de processus hors équilibre. Plusieurs questions fondamentales restent ouvertes sur l'hétérogénéité de ces paramètres, les couplages écoulement-propriétés interfaciales que seule une cartographie expérimentale précise peut lever.
L'objectif de cette thèse est de développer la première cartographie interfaciale 2D - véritable analogue d'une caméra 2D interfaciale pour la rhéologie grâce à des méthodes optofluidiques, non invasives, pour mesurer simultanément les propriétés interfaciales à l'échelle micrométrique en plusieurs points d'une interface et en temps réel. Ce travail permettra ainsi de réaliser une première cartographie 2D des propriétés interfaciales dans des contextes hors équilibre (où très peu de données expérimentales existent), ce qui constituerait une véritable avancée par rapport aux méthodes classiques et ce qui ouvrirait la voie vers le contrôle des phénomènes interfaciaux à l'échelle micrométrique.
Nous avons montré au LOMA [2] en utilisant la pression de radiation optique d'un laser-pompe couplé à une détection par interférométrie (laser sonde) qu'il était possible d'analyser la rhéologie de films 2D en un point unique avec une résolution nanométrique.
Lors de la thèse, il s'agira d'intégrer dans le montage existant une structuration spatiale multipoints du laser pompe (avec un modulateur spatial de lumière SLM) pour déformer en plusieurs points simultanément et obtenir une première cartographie rhéologique 2D instantanée, non invasive de films dans des cas simples et dans le régime linéaire. Ce nouveau dispositif sera appliqué à des films hors équilibre plus complexes tels que les écoulements Marangoni solutaux, où les données expérimentales sont rares voire inexistantes et qui seront confrontées aux modèles théoriques (collaboration avec T. Bickel [3], LOMA). Dans un deuxième temps, il s'agira de coupler la pression de radiation optique avec un chauffage laser [4] pour amplifier les déformations par effet Marangoni, ouvrant ainsi vers la rhéologie non linéaire.
Cette thèse permettra de réaliser la première cartographie opto-rhéologique 2D spatio-temporelle pour l'étude des phénomènes interfaciaux hors-équilibre.
1- Manipulation and biophysical characterization of GUVs with an optical stretcher (2019), G. Cojoc, A. Girot, U. Delabre, J. Guck, The Giant Vesicle Book , Editors C. Marques and R. Dimova ;.
Deformation of phospholipid vesicles in an optical stretcher, U. Delabre et al. Soft Matter (2015)
2- Contactless thin-film rheology unveiled by laser-induced nanoscale interface dynamics. Soft Matter, 16(34),
pp.7904-7915, Verma, G., Chesneau, H., Chraïbi, H., Delabre, U., Wunenburger, R. and Delville, J.P., 2020.
3- Effect of surface-active contaminants on radial thermocapillary flows. , Bickel, T., 2019. The European Physical Journal E, 42, pp.1-9.
4 - Thermal Marangoni trapping driven by laser absorption in evaporating droplets for particle deposition, Goy, N.A., Bruni, N., Girot, A., Delville, J.P. and Delabre, U., 2022. Soft Matter, 2022, 18, 7949 - 7958

Les propriétés rhéologiques et interfaciales, telles que la viscosité et la tension de surface, sont essentielles pour comprendre et caractériser les matériaux dits fragiles (« soft complex systems ») omniprésents en science des matériaux et en biophysique. Plusieurs phénomènes dynamiques font intervenir des variations spatiales de ces propriétés interfaciales (effet Marangoni solutal ou thermique, transports aux interfaces, etc.). Pourtant, leurs caractérisations expérimentales restent un défi, notamment à l'échelle micrométrique (où les méthodes classiques échouent) et dans le cas de processus hors équilibre. Plusieurs questions fondamentales restent ouvertes sur l'hétérogénéité de ces paramètres, les couplages écoulement-propriétés interfaciales que seule une cartographie expérimentale précise peut lever. L'objectif de cette thèse est de développer la première cartographie interfaciale 2D - véritable analogue d'une caméra 2D interfaciale pour la rhéologie grâce à des méthodes optofluidiques, non invasives, pour mesurer simultanément les propriétés interfaciales à l'échelle micrométrique en plusieurs points d'une interface et en temps réel. Lors de la thèse, il s'agira d'intégrer dans le montage existant une structuration spatiale multipoints du laser pompe (avec un modulateur spatial de lumière SLM) pour déformer en plusieurs points simultanément et obtenir une première cartographie rhéologique 2D instantanée, non invasive de films dans des cas simples et dans le régime linéaire. Ce nouveau dispositif sera appliqué à des films hors équilibre plus complexes tels que les écoulements Marangoni solutaux, où les données expérimentales sont rares voire inexistantes et qui seront confrontées aux modèles théoriques (collaboration avec T. Bickel, LOMA). Dans un deuxième temps, il s'agira de coupler la pression de radiation optique avec un chauffage laser pour amplifier les déformations par effet Marangoni, ouvrant ainsi vers la rhéologie non linéaire.

Compétences Interdisciplinaires (matière molle, optique), Compétences expérimentales et numériques, Rigueur scientifique, Anglais.

• Science des matériaux