Renforcer Un Matériau Avec de L'eau: étude de
il y a 2 semaines
**Renforcer un matériau avec de l'eau: étude de l'influence de l'hydratation sur les propriétés mécaniques des verres d'oxide**:
- Réf **ABG-119379**
- Sujet de Thèse- 09/02/2024- Contrat doctoral- Institut de Physique de Rennes - CNRS - Université de Rennes- Lieu de travail- Rennes - Bretagne - France- Intitulé du sujet- Renforcer un matériau avec de l'eau: étude de l'influence de l'hydratation sur les propriétés mécaniques des verres d'oxide- Champs scientifiques- Matériaux
- Physique
- Sciences de l’ingénieur
- Mots clés- durabilité des matériaux, matériaux amorphes, mécanique de la rupture, dynamique moléculaire, eau nanoconfinée**Description du sujet**:
**Contexte**
L'eau est abondante et omniprésente, améliorer les propriétés des matériaux à l'aide de molécules d’eau pourrait donc constituer une méthode durable pour la synthèse de matériaux structurels. Cette idée n’est pas nouvelle, l'exploitation des capacités mécaniques de l'eau nanostructurée sous forme d'hydroxyde, de molécules ou de clusters est en fait une approche biomimétique [1]. Les propriétés mécaniques des matériaux biologiques sont modulées de manière constructive par leur teneur en molécules d'eau, comme le montrent les propriétés viscoélastiques du collagène [2] ou encore les propriétés de rupture de la soie d'araignée [3]. Les matériaux biologiques possèdent une structure hiérarchique, à partir de l'échelle nanométrique, dans laquelle l’eau joue un rôle central [4]. La structure et la dynamique des molécules d'eau dans les matériaux biologiques contrôlent leurs propriétés mécaniques. En ce qui concerne les verres d'oxyde, l’absorption de molécules d’eau pourrait constituer une solution à un problème de longue date : leur fragilité. Les propriétés de ces verres découlent essentiellement de leur structure amorphe nanoscopique, l'insertion de molécules d'eau y joue un rôle important, influant sur les propriétés mécaniques [5,6]. L'exposition à l'humidité et l'effet de vieillissement associé ont également été explorés, conduisant parfois à un renforcement significatif [7]. La possibilité d’hydrater des verres inorganiques à hauteur de 15% en masse par des systèmes d’autoclave est bien connue, pourtant les études sur les propriétés mécaniques restent limitées aux interactions de surface avec l'eau, et non aux interactions globales, les conséquences de cette hydratation restent donc à être étudiées et comprises.
**Verrou scientifique**
L'objectif de cette thèse est d'aborder la conception de nano-architectures matérielles optimales pour exploiter le potentiel mécanique de l'eau moléculaire en s'appuyant sur la simulation par dynamique moléculaire et multi-échelles complétées par des expériences de caractérisation structurelle et des propriétés mécaniques à rupture. Cette approche est motivée par les résultats récents obtenus sur l'influence de l'hydratation sur les microfibrilles de collagène à l’Institut [8]. Il est attendu que l’introduction de molécules modifie l’architecture nanoscopique des verres, favorisant la création de liaisons hydrogènes, et augmente ainsi leur dissipation énergétique à rupture, autrement dit leur ductilité. Un exemple typique est le rôle de l'eau dans le collagène, qui agit tantôt comme colle, tantôt comme lubrifiant, en fonction du niveau d'hydratation [2]. Il existe des modèles pour la relation entre la teneur en eau et les propriétés mécaniques, mais la façon dont la nanostructure de l'eau contrôle les propriétés mécaniques spécifiques n'est pas encore claire. Il en va de même pour l'influence de la nano-architecture du matériau sur la structure de l'eau.
**Références**
[1] Chaplin et al., Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 7, 2008; [2] Gautieri et al., J. Biomech., 45, 2012; [3] Yazawa et al., Commun. Mater., 1, 2020; [4] Meyers et al., Prog. Mater Sci., 53, 2008; [5] He et al., J. Non-Cryst. Solids X, 18, 2023; [6] Mei et al., Acta Mater., 178, 2019; [7] Liu et al., Phys. Rev. Mater., 4, 2020; [8] Vassaux et al. arXiv, 2312.12929, 2023;
**Prise de fonction**:
- 01/10/2024**Nature du financement**:
- Contrat doctoral**Précisions sur le financement**:
**Présentation établissement et labo d'accueil**:
- Institut de Physique de Rennes - CNRS - Université de RennesL’Institut de Physique de Rennes (IPR UMR 6251) est une Unité Mixte de Recherche qui a pour tutelles l’Université de Rennes et le CNRS.
Au CNRS, l’IPR est rattaché principalement au CNRS Physique et secondairement au CNRS Chimie et au CNRS Ingénierie.
Au sein de 5 bâtiments situés sur le campus de Beaulieu, les 6 départements de recherche mènent des activités scientifiques extrêmement variées et une grande partie des thématiques de la physique y est abordée.
Les travaux menés relèvent essentiellement de la recherche fondamentale sur des concepts émergents de la
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