
Soutenance de thèse – Bilal Mahmoud Hawchar
- Post by: Mathias Lebihain
- 18 septembre 2025
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Bilal Mahmoud Hawchar, doctorant au sein de l’équipe Multi-Échelle soutiendra sa thèse « Étude de la pression de cristallisation par simulation moléculaire et expériences microfluidiques » le mardi 23 septembre à 14h00 dans l’amphithéâtre Navier.
Composition du jury :
- Dr. Joel PUIBASSET, Directeur de recherche CNRS – Université d’Orléans, Rapporteur
- Dr. Benoit COASNE, Directeur de recherche CNRS – Université Grenoble Alpes, Rapporteur
- Dr. Hannelore DERLUYN, Chargée de recherche CNRS – Université de Pau, Examinatrice
- Pr. Noushine SHAHIDZADEH, Université d’Amsterdam, Examinatrice
- Pr. Laurent BROCHARD, École Nationale des Ponts et Chaussées, Directeur de thèse
- Pr. Matthieu VANDAMME, École Nationale des Ponts et Chaussées, Co-encadrant de thèse
- Pr. Lionel MERCURY, Université d’Orléans, Co-encadrant de thèse
- Dr. Tulio HONORIO, CEA Paris-Saclay, Co-encadrant de thèse
- Pr. Jean-Michel PEREIRA, École Nationale des Ponts et Chaussées, Invité
- Dr. Florian OSSELIN, VEMA Hydrogen, Invité
La soutenance sera diffusée au lien suivant : Microsoft Teams
Résumé de la thèse
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La pression de cristallisation est un phénomène qui se produit lorsque des cristaux se forment dans des environnements confinés, générant une contrainte mécanique sur les parois qui les entourent. Ce processus peut entraîner des dommages importants dans divers matériaux, notamment les matériaux cimentaires, et les géomatériaux. Cependant, malgré son importance, ce phénomène est l’un des moins bien compris en mécanique des milieux poreux. D’une part, sa mesure directe est particulièrement complexe et nécessite des expériences à l’échelle du pore. D’autre part les mécanismes physiques sous-jacents, tels que le rôle du film liquide nanométrique aux niveaux des interfaces, restent encore mal compris. Par conséquent, les modèles traditionnels, comme la loi de Correns pour la cristallisation de sel, ne suffisent pas à rendre compte de la diversité des dégradations causées par les sels observés dans les situations réelles. Afin de mieux comprendre la pression de cristallisation, ce projet, centré sur la cristallisation du chlorure de sodium, repose sur deux approches principales : les simulations moléculaires capables de modéliser le film nanométrique aux interfaces, et les expériences micro-fluidiques qui reproduisent et caractérisent la cristallisation à l’échelle du pore. Cette étude vise à identifier les mécanismes qui contrôlent le phénomène, ce qui pourrait ouvrir la voie à des stratégies visant à prévenir les dégradations dues au sel. À l’équilibre thermodynamique, la pression de cristallisation provient de la variation de la solubilité d’un cristal soumis à une compression. Les simulations directes par dynamique moléculaire visant à déterminer la solubilité des sels sont peu adaptées, car les échelles de temps associées à la dissolution et à la précipitation excèdent la microseconde, à la limite des capacités de calcul actuelles. Pour surmonter cette limitation, nous utilisons des approches alternatives. Une première méthode est l’intégration thermodynamique qui nous permet d’estimer directement les conditions d’équilibre osmotique correspondant à la cristallisation, sans lien avec une évolution temporelle. Cette méthode nous permet aussi de quantifier l’effet des contraintes sur la solubilité du sel, en particulier l’impact de l’anisotropie des contraintes, un aspect largement négligé jusqu’à présent. Les résultats obtenus nous permettent de revisiter la théorie existante de la pression de cristallisation et de l’étendre afin d’intégrer l’influence de l’anisotropie des contraintes. Nous utilisons également des méthodes de Monte Carlo grand canonique biaisées, afin de déterminer le seuil critique de pression au-delà duquel le film mouillant, qui sépare le cristal de la surface du pore et permet sa croissance cristalline, disparaît. Cette approche permet d’apporter des éléments clés pour comprendre la stabilité du film face à différentes conditions de pression et de température. Nous avons enfin exploré une troisième approche basée sur un algorithme de parallélisation en temps proposé récemment (parareal) qui permet d’envisager la simulation directe de la croissance d’un cristal sous pression en présence d’une solution sursaturée. Sur le plan expérimental, nous avons développé un protocole permettant de contrôler la précipitation et la croissance de cristaux de sel dans des modèles micro-fluidiques. Ce protocole s’appuie sur l’utilisation d’un colorant fluorescent couplé à une analyse d’image, afin de détecter les déformations induites par la pression de cristallisation.