Thèse Préparation de Nanofeuillets Janus pour des Matériaux Hybrides Fonctionnels pour de Multiples Applications H/F - Université d'Orléans

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : ICMN - Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures
Direction de la thèse : Régis GUEGAN ORCID 0000000281526826
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59

Les effets de volume exclu représentent le volume occupé par une particule, inaccessible aux autres, et s'apparentent à des forces répulsives contre l'interpénétration physique des colloïdes, conduisant à la formation spontanée entropique de phases organisées : CL et cristallines à des faibles fractions volumiques. Si les effets de volumes exclu sont relativement bien compris pour des dispersions constituées d'une distribution monocolloïdale et rendent compte de la formation de phases autoassemblées , ces phénomènes sont plus difficiles à appréhender pour des systèmes associant plusieurs colloïdes de différentes natures et tailles et où les effets de surface ou d'interface peuvent générer des effets antagonistes, permettant d'apporter une structuration supplémentaire dans la formation des édifices formés.

Les oxydes de graphène (GO) de même que les oxydes de niobium constituent des nanofeuillets anisotropes qui une fois dispersés en milieu aqueux à une concentration appropriée (faible fraction volumique) forment des phases CL sans aucun dispositif, ni conditions expérimentales (pH, électrolyte) particuliers, et s'avèrent être des systèmes modèles pour la compréhension de la formation des phases CL associés à d'autres objets colloïdaux. La modification chimique d'un des côtés de ces nanocristaux bidimensionnels, s'appuyant sur des procédés de la science des colloïdes (émulsions Pickering ou via des systèmes de microfluidiques) et/ou le greffage de surface de particules inorganiques, permet d'obtenir des nanofeuillets de type Janus montrant une nature chimique différente sur les deux surfaces des feuillets (un côté est hydrophile tandis que l'autre est hydrophobe ou encore une possible combinaison de charges électriques différentes), élargissant les propriétés et possibilités d'application de ces matériaux. Les récents développements consacrés aux nanofeuillets de type Janus se sont attachés à la synthèse de ces matériaux et la caractérisation de leurs propriétés d'adsorption ou de leur utilisation comme phase porteuse pour la préservation de molécules pharmaceutiques et/ou autres molécules organiques à forte valeur ajoutée et leur relargage sans toutefois comprendre les possibles arrangements et formations de phases autoorganisés pilotées par les effets de volumes exclus et de surfaces, mais également de la stabilité de ces objets de basse dimensionalité en présence d'autres phases colloïdales.

Aussi, cette thèse expérimentale s'inscrivant dans les axes de recherche de l'équipe Colloïdes et Polymères' à l'ICMN et s'appuyant sur son excellent parc analytique avec des techniques expérimentales récentes (diffusion des rayons X aux petits angles, diffusion Raman, spectrométrie photoélectronique X, microscopie à force atomique, rhéologie...), a pour objectifs de (i) synthétiser des nanofeuillets de type Janus montrant une nature chimique différente des deux côtés des nanocristaux bidimensionnels, (ii) d'étudier les effets de volumes exclus déterminant la possible formation de phases de type cristal liquide à partir des nanofeuillets Janus dans divers solvants à basse fraction volumique et d'en cerner leur stabilité, (iii) d'associer les nanofeuillets Janus les plus pertinents avec des d'autres phases organiques autoassemblées : tensioactifs non ioniques de la famille des oxydes d'éthylène (CnEm), des phases lipidiques ou polymériques de référence. Après identification du rôle des effets de volumes exclus et d'interfaces résultants entre les différents objets colloïdaux, les phases organiques utilisées comme systèmes modèles permettront d'ajouter des possibles effets cumulatifs dans les assemblages obtenus, pour obtenir des composites hiérarchiques pour de multiples applications : énergie, environnement et santé.

Les effets de volume exclu représentent le volume occupé par une particule, inaccessible aux autres, et s'apparentent à des forces répulsives contre l'interpénétration physique des colloïdes, conduisant à la formation spontanée entropique de phases organisées : CL et cristallines à des faibles fractions volumiques. Si les effets de volumes exclu sont relativement bien compris pour des dispersions constituées d'une distribution monocolloïdale et rendent compte de la formation de phases autoassemblées , ces phénomènes sont plus difficiles à appréhender pour des systèmes associant plusieurs colloïdes de différentes natures et tailles et où les effets de surface ou d'interface peuvent générer des effets antagonistes, permettant d'apporter une structuration supplémentaire dans la formation des édifices formés.

-synthèse de nanofeuillets amphiphiles ou Janus
-compréhension de leurs arrangements en dispersion colloïdale dans divers solvants
-utilisation des phases auto-assemblées pour concevoir des matériaux hybrides fonctionnels associants des nanoparticules métalliques

La compréhension de la problématique de ce sujet de thèse expérimental s'appuiera sur un jeu de techniques complémentaires :
-diffusion des rayons X aux petits angles
-résonance magnétique nucléaire à hauts champs
-spectroscopie Raman
-spectroscopie photoélectronique X
et éventuellement l'utilisation de grands instruments de recherche (réacteur nucléaire, rayonnement synchrotron)

Pour postuler à cette thèse, le/la candidat·e devra être titulaire d'un Master en science des matériaux, en physique, en chimie des matériaux ou bien d'une école d'ingénieur.

Une bonne maîtrise de l'anglais, à l'écrit comme à l'oral, est indispensable. Une expérience à l'international (séjour académique, stage ou collaboration) sera fortement appréciée.

Le/la candidat·e devra également posséder de solides compétences en chimie ainsi qu'une expérience pratique des techniques expérimentales de laboratoire.