La conversion de la lumière en liaisons chimiques est à l'origine de la vie sur Terre grâce à la photosynthèse naturelle. Cependant, le déploiement de systèmes photocatalytiques artificiels fabriqués par l'homme pour parvenir à une synthèse fiable de combustibles solaires (tels que l'H2) a été jusqu'à présent un échec. En effet, les systèmes photocatalytiques sont extrêmement difficiles à étudier car souvent, les seules données qui peuvent être extraites pour appréhender leurs mécanismes sont l'analyse finale des produits. Cela limite considérablement notre capacité à élucider les mécanismes qui se produisent à l'intérieur du photocatalyseur et à l'interface photocatalyseur/liquide. Ce projet de doctorat vise à modéliser et simuler numériquement le transfert de rayonnement et son interaction avec le photocatalyseur en suspension dans un système microfluidique. Ce dernier sera conçu pour contrôler et étudier les réactions lors de la photocatalyse au moyen de techniques d'imagerie : - analyse spectroscopique UV-visible de la solution photocatalysée (PC-ECL) - imagerie des effets d'électrochimiluminescence de la solution. Vous travaillerez à partir d'un cadre théorique basé sur le formalisme des intégrales de chemins qui facilitent la prise en compte des couplages multiphysiques et non linéaires rencontrés lorsque différentes échelles de descriptions physiques entrent en jeu dans les systèmes photoréactifs [1,2]. Vous vous appuierez sur la méthode de Monte Carlo pour résoudre ces modèles en intégrales de chemins [3, 4] et serez amené à prendre en main et développer des codes de calculs permettant de générer numériquement [5] les images mesurées à partir du dispositifs microfluidique. [1] Supplis, Caroline, et al. "Radiative analysis of luminescence in photoreactive systems: Application to photosensitizers for solar fuel production." Plos one 16.7 (2021): e0255002. [2] Dauchet, Jérémi, et al. "Addressing nonlinearities in monte carlo." Scientific reports 8.1 (2018): 13302. [3] Tregan, Jean Marc, et al. "Coupling radiative, conductive and convective heat-transfers in a single Monte Carlo algorithm: A general theoretical framework for linear situations." PLoS One 18.4 (2023): e0283681. [4] Villefranque, Najda, et al. "The “teapot in a city”: A paradigm shift in urban climate modeling." Science Advances 8.27 (2022): eabp8934. [5] Bati, Mégane, et al. "Coupling conduction, convection and radiative transfer in a single path-space: Application to infrared rendering." ACM Transactions on Graphics (TOG) 42.4 (2023): 1-20.
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