La dynamique de liquides « bulk » et au sein de structures complexes est un sujet de recherche que partagent les trois équipes de PHENIX. Ces systèmes peuvent être des solutions d’électrolytes, des sels fondus et des liquides ioniques à température ambiante, des suspensions colloïdales mais aussi des assemblages complexes de particules générant des systèmes interfaciaux multiéchelles. Sur ce dernier point et à titre d’exemple, on peut citer les cakes d’argile concentrés, les géomatériaux de faible perméabilité, les films ionomères, les électrodes poreuses ou encore les systèmes colloïdaux mixtes comportant des nanoparticules magnétiques. Dans ces milieux complexes, le suivi de la dynamique doit se faire sur plusieurs échelles de temps s’étalant de la picoseconde à la seconde ou plus. Aux temps courts, inférieurs à quelques nanosecondes des approches bien maîtrisées dans notre laboratoire, comme la diffusion quasi élastique de neutrons ou l’écho de spin, sont régulièrement utilisées pour étudier la dynamique des fluides confinés. Ces études sont en général couplées à des simulations numériques au niveau atomique. Les temps très longs, i.e. supérieurs à la dizaine de millisecondes, sont accessibles par des techniques là encore bien maîtrisées dans notre laboratoire : la diffusion de radiotraceurs et la RMN à gradient de champ pulsé. Les échelles intermédiaires de la dynamique allant de quelques ns et la ms peuvent être explorées par la conductivité électrique ou la relaxation diélectrique. Toutefois, ces méthodes donnent une réponse collective des systèmes, et la modélisation des données obtenues reste encore difficile dans les systèmes interfaciaux complexes et souvent hiérarchiques.
Cet axe transversal de recherche impliquant 8 à 10 chercheurs et enseignants chercheurs provenant des trois équipes de l’unité, vise à promouvoir l’étude de la dynamique multiéchelle de fluides par RMN bas champ. Deux expériences RMN seront privilégiées, la relaxométrie à cyclage de champ (RMND), et la RMN bas champ permettant de réaliser des expériences de gradient de champ pulsé (PFG-NMR). La RMND permet de suivre des dynamiques de confinement sur des temps de corrélation allant de la ns à 10-20 ms. Très sensible à la présence d’interfaces, cette méthode complémente les approches expérimentales déjà utilisées dans notre laboratoire et permet d’étudier assez finement la dynamique interfaciale d’un fluide (temps de résidence et degré d’interaction avec l’interface, confinement géométrique en volume). La PFG-NMR complète cette gamme temporelle puisque qu’elle permet de suivre des dynamiques sur des domaines de temps allant de la milliseconde à plusieurs secondes avec la possibilité de connaître les longueurs de corrélation impliquées (expériences q-dépendantes). De plus, des procédures mises au point récemment ((T2-T2) (T1-T2), (T2-D)) permettent d’utiliser la RMN bas champ en mode « 2D ». Plusieurs études ont révélé le potentiel de ces méthodes dans l’étude et la compréhension du transfert multiéchelle d’un fluide dans des structures poreuses hiérarchisées. Ceci permet de contribuer fortement au développement d’études multiéchelles du transport, un des axes forts du laboratoire PHENIX.
Les études menées dans le cadre de l’axe s’appuieront sur les équipements financés par le projet RELAXOME.