Comment saisir la surface de l'eau ? Rationalisation et optimisation des techniques d'échantillonnage pour la mesure de la composition de la microcouche de surface marine (SML).

Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'Université de Toulouse en France (UT, organisme d'accueil principal) et l'Université des Îles Baléares en Espagne (UIB, organisme d'accueil associé). Le projet vise à comprendre et à quantifier le transport des espèces en suspension pendant l'échantillonnage de la microcouche de surface marine (SML) – le premier millimètre à la surface de l'océan. La SML, interface entre l'océan et l'atmosphère, joue un rôle clé dans la régulation de processus climatiques comme les échanges de CO₂ ou la formation d'aérosols marins. Cette couche est un environnement complexe et hétérogène, contenant différentes espèces chimiques, particules et organismes vivants, dans des proportions variant avec la profondeur. Sur le terrain, la composition du SML est souvent mesurée en utilisant une technique de dip-coating (revêtement par trempage) : une plaque est tirée à travers la surface et le liquide entraîné dessus est recueilli. Ces mesures souffrent cependant de biais de sélectivité : la vitesse de retrait influence la profondeur d'échantillonnage, tandis que particules et microbes sont filtrés selon leur taille, faussant ainsi les résultats. Ce projet propose d'appliquer des outils du génie chimique et la mécanique des fluides pour quantifier ces effets. Pour cela, nous combinerons expériences en laboratoire et modélisation numérique, selon des proportions pouvant être adaptées au parcours et aux aspirations du·de la candidat·e. Les simulations numériques modéliseront le procédé de dip-coating en 1D et 2D avec des bains multicouches émulant la structure du SML, de manière à quantifier la sélectivité en profondeur d'échantillonnage. Des simulations séparées permettront de traiter l'effet de sélectivité lié à la taille des particules. Les expériences en laboratoire porteront sur le dip-coating de compositions liquides simplifiées (couches non miscibles ou gradients) et de suspensions bactériennes. Des techniques optiques nous permettront alors de mesurer l'épaisseur du film entraîné et sa composition, ainsi que le champ d'écoulement dans le bain. Ces stratégies numériques et/ou expérimentales (et leur combinaison) devraient aboutir à une description quantitative des sélectivités à l'œuvre lors du dip-coating – ce qui est essentiel pour améliorer la fiabilité des mesures de composition de la SML. L'applicabilité et les limites de nos résultats sur des systèmes modèles pourront enfin être évaluées en réalisant des expériences contrôlées de dip-coating en laboratoire avec de véritables échantillons de SML, recueillis sur le terrain. École doctorale : MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Direction : Benjamin LALANNE Financement : MSCA COFUND BEST