Thèse - Caractérisation acoustique de milieux bulleux concentrés (H/F) à Paris

Nous proposons un sujet de thèse CIFRE qui reposera sur une collaboration entre le laboratoire académique Matière et Systèmes Complexes (à Paris) et le laboratoire pluridisciplinaire Saint-Gobain Research Paris (à Aubervilliers). Le laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC) est un laboratoire CNRS - Université de Paris (UMR 7057) spécialisé dans la physique aux échelles méso et macroscopiques, avec des domaines de recherche couvrant la physique statistique, la matière molle, la mécanique, l’hydrodynamique et la biophysique. Saint-Gobain Research Paris est l’un des 8 grands centres de recherche transverse de Saint-Gobain, producteur et distributeur de matériaux pour l’habitat et la vie quotidienne : bâtiments, transports, infrastructures, ainsi que pour de nombreuses applications industrielles.

Contexte et objectifs de la thèse :

Saint-Gobain conçoit, produit, et distribue, des matériaux innovants pour l’habitat. Suivant les cas, l’introduction volontaire de mousse pour améliorer les performances des matériaux, ou l’apparition non contrôlée de bulles dans les processus de production, sont des problématiques d’actualité. Saint-Gobain recherche donc des moyens de mesure performants, et non invasifs, pour détecter puis caractériser ces bulles.

L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles méthodes acoustiques permettant de caractériser les bulles dans des matrices liquides opaques. Certaines approches ont déjà fait leur [1,2] : Il s’agit d’analyser la réponse spectrale de l’onde ultrasonore cohérente, fortement perturbée par la présence des bulles. Cependant, ces travaux se limitent à des mélanges où la fraction d’air est faible (fraction volumique d’air inférieure à 1%, pour des bulles dont le diamètre varie entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines de microns). Notre ambition est de dépasser ce cap pour aller vers des mélanges où la fraction d’air est comprise entre 10 et 50%, proche de ce qu’on est susceptible de trouver pour les matériaux de construction.

Pour y parvenir, nous souhaitons orienter le travail selon trois axes indissociables, mais que l’étudiant en thèse pourra choisir de développer suivant ses appétences :

1. Théorique : il n’existe aujourd’hui pas de modèle théorique capable de prédire la propagation des ultrasons dans des milieux bulleux présentant une fraction d’air supérieure à quelques pourcents [1,2]. Une partie du travail consiste à trouver l’approche physique pour faire évoluer les modèles.

    

2. Expérimental : la détection du signal ultrasonore dans un milieu présentant une importante fraction d’air est un défi expérimental en soi. En laboratoire, nous pourrons travailler à la fois sur des milieux modèles transparents (comme sur la photo), puis sur des milieux opaques industriels, comme des gâchées de plâtre. Nous aimerions aboutir à une détection, puis caractérisation, à la fois de l’onde ultrasonore cohérente, mais aussi de sa partie incohérente : la coda.

    

3. Industriel : à terme nous aimerions déployer ces approches sur des lignes de production de Saint-Gobain. A travers notre collaboration avec les usines, nous pourrons identifier des procédés pertinents pour nos développements, et concevoir un prototype industriel.

1. Suivant l’évolution et les besoins du travail de l’étudiant, la thèse se déroulera par alternance dans le laboratoire MSC, et dans les locaux de SGR Paris. L’étudiant profitera ainsi des deux réseaux pluridisciplinaires de scientifiques experts qui y travaillent, ainsi que leurs moyens instrumentaux. SGR Paris dispose notamment d’une large gamme de méthodes d’imagerie (MEB, tomographe RX, etc.) qui pourront nous servir en complément des mesures acoustiques.

    

   Références :

   [1] V. Leroy, A. Strybulevych, M. G. Scanlon, and  J. H. Page, "Sound velocity and attenuation in bubbly gels measured by transmission experiments", J. Acoust. Soc. Am. 123, 1931 (2008)

   [2] V. Leroy, A. Strybulevych, and T. Norisuye, "Time-resolved ultrasonic spectroscopy for bubbles",  63(2017)

• Elève-ingénieur en fin de cycle ou Master 2 ayant une formation en physique des ondes.
• Goût prononcé pour le travail expérimental.
• Qualités d’organisation, de travail en équipe, et esprit d’initiative.
• Communication courante écrite et orale, en français et anglais.

Saint-Gobain conçoit, produit et distribue des matériaux et des solutions pensés pour le bien-être de chacun et l’avenir de tous. Ces matériaux se trouvent partout dans notre habitat et notre vie quotidienne : bâtiments, transports, infrastructures, ainsi que dans de nombreuses applications industrielles. Ils apportent confort, performance et sécurité tout en répondant aux défis de la construction durable, de la gestion efficace des ressources et du changement climatique.

Avec un chiffre d’affaires de 42,6 milliards d’euros en 2019, Saint-Gobain est présent dans 68 pays avec plus de 170 000 collaborateurs.

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Saint-Gobain Research Paris, est l’un des 8 grands centres de recherche de Saint-Gobain. Pour en savoir plus :