Thèse Gouttes Dynamiques Photo-Commutables Couplage Entre Structuration Moléculaire Propriétés Interfaciales et Comportements Émergents H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : SOFTMAT - Chimie des colloïdes, polymères & assemblages complexes Direction de la thèse : Jean-Daniel MARTY ORCID 0000000176318865 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59 De nombreux systèmes naturels présentent des organisations transitoires, dynamiques et adaptatives, dont les fonctions restent encore partiellement comprises. Ces structures hors équilibre jouent pourtant un rôle essentiel dans des processus biologiques fondamentaux. Par exemple, les condensats biomoléculaires issus de séparations de phases liquide-liquide dans les cellules forment des compartiments dynamiques capables d'apparaître, de se transformer et de disparaître en réponse à des stimuli externes. Comprendre et reproduire de tels comportements constitue un enjeu majeur pour le développement de systèmes biomimétiques et de matière active. [1,2,3]

Dans ce contexte, les systèmes photo-commutables offrent une plateforme particulièrement pertinente, car ils permettent de contrôler à distance et de manière réversible les propriétés structurales et interfaciales de la matière grâce à la lumière. Cette thèse vise à exploiter ce caractère photo-commutable pour concevoir et étudier des gouttes dynamiques produites à l'aide de dispositifs microfluidiques, permettant un contrôle précis de leur taille, composition et environnement.

Deux systèmes modèles seront développés et étudiés.
- Le premier repose sur des gouttes de cristaux liquides dopées par des composés photo-commutables. Sous irradiation, ces dopants induisent des modifications de l'organisation interne des cristaux liquides, notamment du pas hélicoïdal et de la chiralité dans les phases cholestériques. Ces changements structuraux peuvent engendrer des réponses dynamiques à l'échelle de la goutte, telles que des mouvements dirigés ou des modifications de trajectoire. Ces systèmes pourront être explorés dans des paysages optiques structurés, où la lumière agit à la fois comme stimulus énergétique et comme guide spatial, ouvrant la voie à des comportements complexes de type micro-nageurs contrôlés [4].
- Le second système concerne des gouttes mimant des émulsions eau-dans-eau, stabilisées par des interfaces fonctionnalisées avec des molécules photo-commutables. Contrairement aux émulsions classiques, ces systèmes présentent une faible tension interfaciale et des propriétés proches des compartiments biologiques. L'irradiation lumineuse permettra de moduler les propriétés de l'interface, entraînant des phénomènes tels que la déstabilisation contrôlée des gouttes, leur dissolution ou encore la libération ciblée de leur contenu. Ce type de système constitue un modèle pertinent pour étudier des processus de compartimentation dynamique et de communication chimique.[5,6]

Dans les deux cas, l'objectif sera de comprendre comment les transformations photoinduites à l'échelle moléculaire se traduisent en modifications des propriétés globales des gouttes, qu'il s'agisse de leur organisation interne ou de leurs propriétés interfaciales. Ces variations pourront induire des comportements émergents tels que le mouvement autonome, les interactions et communications entre gouttes, voire leur disparition programmée.

Ce projet s'inscrit ainsi à l'interface entre physico-chimie de la matière molle, microfluidique et matière active. Il vise à établir des relations fondamentales entre propriétés moléculaires photo-commutables et comportements collectifs, tout en ouvrant des perspectives pour la conception de systèmes dynamiques inspirés du vivant, avec des applications potentielles en vectorisation, libération contrôlée et matériaux intelligents.
- Natural out-of-equilibrium systems with transient and adaptive organization
- Central role of these structures in fundamental biological processes with the challenge of reproducing such behaviors in artificial systems
- Interest in photoswitchable molecules for reversible, remote control of materials using light
- Design and study of light-controlled dynamic droplets
- Use photoswitchable molecular systems to tune material properties
- Understand the link between molecular-scale transformations and macroscopic behaviors
- Explore emergent behaviors (motion, interaction, communication, programmed disappearance)
Task 1: Synthesis of photosensitive molecules. Synthesis of photosensitive molecules designed to modulate the organization of structured media and interfaces. All planned molecules are synthesized in three steps or less.

Task 2: Microfluidic droplet generation. Use of commercially available microfluidic devices to produce well-controlled droplets with defined size and composition.

Task 3: Formulation and characterization of two light-responsive systems. Comparison of photophysical properties in bulk and in constraint geometry
- Liquid crystal droplets doped with photosensitive molecules: investigation of light-induced changes in chirality and internal organization, and study of their behavior in structured optical landscapes.
- Aqueous two-phase emulsions (water-in-water systems) with photosensitive interfaces: study of light-controlled modulation of interfacial tension, including droplet destabilization and triggered release of encapsulated contents.

Task 4: Light as a dual tool for stimulation and spatial control. Development of an optical and microscopic setup enabling the use of light both as a stimulus and as a means of spatial control, in order to investigate and manipulate the dynamic behavior of the systems.

Savoirs / connaissances
- Bonnes connaissances en synthèse chimique
- Connaissances en physico-chimie de la matière molle
- Maîtrise de l'anglais (écrit et oral)

Savoir-faire
- Maîtrise des techniques d'analyse chimique (RMN, UV-VIS, analyse d'image, photochimie...)
- Connaissance des techniques d'analyse d'image (image J, programmation Python...)

Savoir-être
- Rigueur scientifique et technique
- Forte motivation et curiosité scientifique
- Autonomie dans le travail et sens de l'initiative

Compétences managériales
- Capacité à travailler en équipe
- Aptitude à contribuer et à animer un travail collaboratif