Dissertations / Theses: 'Dynamiques interfaciales'

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Parau, Emilian. "Ondes interfaciales de flexion-gravité et de capillarité-gravité." Nice, 2000. http://www.theses.fr/2000NICE5439.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude des ondes interfaciales dans deux problèmes différents. La première partie a pour but d'étudier les ondes solitaires de flexion-gravité engendrées par un véhicule se déplaçant sur une couche de glace, reposant sur une couche d'eau de profondeur finie. Tout d'abord, les résultats expérimentaux et linéaires sont présentés. Le problème non-linéaire est premièrement résolu en l'absence de charge se déplaçant sur la glace. Une analyse basée sur la théorie des systèmes dynamiques et des formes normales est utilisée pour étudier les déformations de la couche de glace. Des ondes solitaires sous forme de paquets d'onde sont calculées. Des résultats numériques basés sur les équations complètes sont présentés. Enfin la charge se déplaçant sur la glace est introduite et, pour des vitesses proches de la vitesse critique correspondant au minimum de la relation de dispersion, on trouve que l'équation nonlinéaire de Schrödinger forcée permet de décrire convenablement les solutions. La seconde partie traite des ondes interfaciales entre deux couches de fluide, lorsque la couche supérieure est en contact avec l'air. Après une étude de la relation de dispersion pour les ondes interfaciales de gravité et de capillarité-gravité, on donne la forme normale pour un cas nouveau et on étudie numériquement l'existence d'ondes solitaires pour le système. Ensuite un schéma numérique basé sur le développement en séries de Fourier de variables physiques en fonction du potentiel est utilisé pour étudier les ondes périodiques de gravité qui peuvent apparaître. (. . . )

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De, Soete Franz. "Ecoulement de gouttes couvertes dans une contraction." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2021. http://www.theses.fr/2021UPSLS082.

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Abstract:

L’écoulement de gouttes d'huile dans l’eau à travers la contraction d’un canal présente un intérêt pour de nombreuses applications telles que l’extraction de pétrole ou la microfluidique. Dans la littérature, la condition de bouchage d’un pore soumis à un gradient de pression a été largement étudiée pour les gouttes et les bulles. La relation entre le débit et la pression fait intervenir la différence des pressions de Laplace à l'avant et à l'arrière de la goutte : elle dépend donc des tensions interfaciales à l’avant et à l’arrière. La présence d'espèces adsorbées à la surface abaissant la tension interfaciale, comme des tensioactifs ou des particules colloïdales, modifie donc non seulement le seuil de bouchage mais également la valeur du débit au-dessus de ce seuil. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’écoulement, sous gradient de pression imposé, de gouttes dont la surface est initialement saturée de tensioactifs (au-dessus de la CMC) ou de particules à travers la contraction d’un capillaire cylindrique. Nous montrons comment la mesure du débit par analyse d’images permet d’accéder sous certaines hypothèses à une mesure des tensions interfaciales. Dans le cas des tensioactifs, nous mesurons ainsi une augmentation de la tension interfaciale à l’avant qui résulte d’une compétition entre l’effet de l’accroissement de surface et celui d’un transport par effet Marangoni. Dans le cas des gouttes couvertes de particules, nous montrons que la vitesse de la goutte et le rayon des particules adsorbées à sa surface contrôlent le régime d’écoulement. A faible vitesse, le mouillage de l’huile sur la paroi du canal est observé à l’avant de la goutte ; aux vitesses plus élevées, le régime dépend de la taille des particules comparée à l’épaisseur du film de lubrification, suivant les cas, un frottement des particules sur la paroi du canal, ou un régime de lubrification visqueuse sont observés. Ces régimes sont responsables d’une accumulation plus ou moins importante des particules à l’arrière de la goutte, y diminuant la tension interfaciale et donnant lieu à différents mécanismes de déstabilisation de l’interface. Pour les deux systèmes, nous montrons que la présence d’espèces adsorbées affecte peu la condition de bouchage. En revanche, nous mesurons une augmentation du temps de passage des gouttes couvertes de tensioactifs ou de particules résultant du couplage entre l’écoulement de la goutte et les dynamiques interfaciales
The flow of oil drops in water through a constricted channel is of interest for many applications such as oil extraction or microfluidics. In the literature, the condition of pore clogging under a pressure gradient has been extensively studied for drops and bubbles. The relation between flowrate and pressure involves the difference in Laplace pressures at the front and back of the drop, and thus the interfacial tensions at the front and the back. The presence of species adsorbed on the surface lowering the interfacial tension, such as surfactants or colloidal particles, therefore modifies not only the clogging threshold but also the value of the flowrate above this threshold. The objective of this thesis is to study the flow, under an imposed pressure gradient, of drops whose surface is initially saturated with surfactants (above the CMC) or with particles, through cylindrical constricted capillaries. We show how measurements of flowrate by image analysis can provide measurements of the interfacial tensions. In the case of surfactant-laden drops, we measure an increase in the interfacial tension at the front which results from a competition between the surface expansion effects and the transport by a Marangoni effect. In the case of particle-laden drops, we show that both the velocity of the drop and the radius of the particles adsorbed on its surface control the flow regime. At low velocities, the wetting of oil on the capillary walls is observed at the front of the drop; at larger velocities, the flow depends on the particle size compared to the thickness of the lubricating film, according to this criterion either the occurence of friction of the particles on the channel walls or a viscous lubrication regime are observed. These regimes are responsible for a greater or lesser accumulation of particles at the back of the drop, decreasing the back interfacial tension and giving rise to various mechanisms of interface destabilization. For both systems, we show that the presence of adsorbed species has little effect on the clogging condition. Nevertheless, we measure an increase in the passage time of the drops covered with surfactants or particles, which results from the coupling of interfacial dynamics and flow through the contraction

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Martrou, Guillaume. "Dynamique d'interfaces chargées et application aux matériaux fibreux." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0296/document.

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Abstract:

Les interfaces entre deux fluides sont le siège de nombreuses instabilités de forme de l’interface si un champ électrique intense est appliqué : génération de gouttelettes, jets micrométriques, etc. Le contrôle de telles instabilités est indispensable pour une fabrication optimale de microsphères ou microfibres : taille, propriétés physico-chimiques, dispersion et structuration spatiale macroscopique d’un agrégat de tels objets. Cette diversité provient de la compétition entre la tension de surface et la gravité avec l’électrodynamique des fluides sous champ électrique induite par les charges électriques, les charges de polarisation, les décharges électriques et/ou le vent ionique. La thèse expérimentale s’articule autour de deux thèmes. Le premier, une compréhension intime des phénomènes spatio-temporels observables lorsqu’un injecteur métallique à la haute tension placé au-dessus d’un bain. Une instabilité originale menant à la formation d’une cloche fluide macroscopique connectant les deux électrodes a été mise en évidence et caractérisée non linéairement. La bifurcation est sous-critique et imparfaite. Le second thème propose une méthode originale de fabrication de microfibres modifiées en une étape par électrofilage au mouillé. Le polymère électrofilé choisi est le PSMA et celui permettant la modification, le PEGDA. Cette étude a été réalisée dans un contexte d’applications de type catalyse. Pour cela les fibres ont été fonctionnalisées à l’aide de la peroxydase (HRP) comme protéine modèle. Les résultats montrent notamment une meilleure stabilité temporelle avec la possibilité de réutilisation du matériau en comparaison à la catalyse utilisant des méthodes standards
Interfaces between two fluids can lead to various interfacial shape instabilities if an electrical field is applied. Leading, for instance, to micrometric droplets or jets formation. Controlling those instabilities is much-needed for an optimal fabrication of microspheres or microfibers : size, physicochemical properties, dispersion and macroscopic spatial structuring of aggregates of those kind of objects. This diversity is based in the competition between surface tension and gravity forces with gravity during the electrodynamics of fluids under electric field induced by electrical charges, polarization charges, electrical discharges and ionic wind. The experimental thesis deals with two main topics. The first one is a precise understanding of spatiotemporals phenomena occurring in a configuration made of a metallic injector raised to high voltage placed above a liquid bath. We present the formation of an original instability leading to a macroscopic bell-shaped link between both electrodes and its non linear characterization. The bifurcation is subcritical and imperfect. The second topic, based on the experience gained with the first one, is an original method of fabrication of microfibers modified in only one step by wet electrospinning. The chosen electrospun polymer is PSMA and the one used for modification is PEGDA. This study has been realized with a catalyze application context. To do so, fibers has been functionalized with peroxydase (HRP) as the model protein. The results especially show a better temporal stability and possible reuse compared to catalysis with standard methods

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Du, Cluzeau Antoine. "Modélisation physique de la dynamique des écoulements à bulles par remontée d’échelle à partir de simulations fines." Thesis, Perpignan, 2019. http://www.theses.fr/2019PERP0012/document.

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Abstract:

Le CEA aspire à la création d'un réacteur nucléaire numérique qui nécessite une grande connaissance des écoulements diphasiques. Dans le but d'améliorer notre compréhension des scénarios accidentels, cette thèse s’attache à étudier et à modéliser la dynamique complexe des écoulements à bulles. Les principaux enjeux de la thèse sont d’étudier et de modéliser les forces interfaciales responsables de la migration des bulles ainsi que de proposer un modèle de turbulence à la hauteur de la connaissance actuelle des phénomènes. Afin d'atteindre ces objectifs, une base de données statistique est réalisée à partir d'expériences numériques (simulations numériques directes) d'essaims et de canaux à bulles. Une nouvelle méthode de modélisation des forces interfaciales est développée. Elle révèle une nouvelle force baptisée force de dispersion laminaire qui a un rôle important dans la migration des bulles. Un modèle de cette force est donc proposé. La turbulence dans les écoulements à bulles est constituée de SPT (Single Phase Turbulence), de WIT (Wake Induced Turbulence) et de WIF (Wake Induced Fluctuations). Le SPT est la turbulence issue du cisaillement moyen, le WIT représente les fluctuations temporelles turbulentes issue de la déstabilisation collectives des sillages, et le WIF est fait de fluctuations spatiales engendrées par le sillage moyen. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle forme de modélisation à trois équations de la turbulence, où chaque contribution possède sa propre fermeture. Le modèle à trois équations tensorielles ainsi écrit est complet et peut être dès aujourd'hui utilisé dans un code de calcul moyenné
The CEA aspires to create a numerical nuclear reactor which requires a great knowledge of two-phase flows. In order to improve our understanding of accidental scenarios, this thesis focuses on studying the complex dynamics of bubbly flows in order to model them. The main challenges of the thesis are to study and model the interfacial forces responsible for the migration of bubbles as well as to propose a model of turbulence in agreement with the current knowledge of the phenomena. In order to achieve these objectives, a statistical database is produced from numerical experiments (direct numerical simulations) of swarms and bubble channels. In this thesis, a new method for interfacial forces modeling is developed. It reveals a new force coined as laminar dispersion force. This force has an important role in bubble migration. It is then modeled and validated on five simulations of bubble channels. Concerning turbulence in bubbly flows, it is comprised of SPT (Single Phase Turbulence), WIT (Wake Induced Turbulence) and WIF (Wake Induced Fluctuations) which characterize distinct phenomena. The SPT is the turbulence produced by the averaged shear, the WIT represent the temporal and turbulent fluctuations due to destabilizations and collective instabilities of wakes, and the WIF reflect the spatial fluctuations generated by the averaged wake and the potential flow around the bubbles. In this thesis, we propose a tensorial three-equations modeling of turbulence, where each contribution has its own closure. The tensorial three-equation model is complete and can be assessed as of now in an averaged calculation code

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Barthelet, Pierre. "Dynamique non linéaire des ondes interfaciales entre deux fluides cisaillés." Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT104H.

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Abstract:

La stabilite de l'interface entre deux fluides visqueux cisailles a ete etudiee experimentalement dans un canal annulaire de section rectangulaire imposant une condition de periodicite spatiale. Le cisaillement des fluides est obtenu par le deplacement de la paroi superieure, realisant ainsi un ecoulement de couette. Deux types d'ondes interfaciales ont ete mis en evidence: une onde longue, de longueur d'onde grande devant l'epaisseur des couches fluides et une onde courte dont la longueur d'onde est de meme ordre de grandeur que l'epaisseur des couches fluides. Ces deux types d'ondes sont en general supercritiques. Des cartes experimentales de stabilite marginale pour ces deux instabilites sont presentees. La dynamique non lineaire de l'instabilite de l'onde longue a ete analysee en detail en utilisant une technique de demodulation par transformee de hilbert. Au voisinage du seuil d'instabilite, les observations confirment la validite des previsions theoriques pour les systemes fortement confines. Des imulations numeriques d'une equation modele de l'interface derivee de l'equation de kuramoto-sivashinsky ont permis de rendre compte qualitativement des comportements observes meme loin du seuil d'instabilite. L'analyse de la dynamique non lineaire de l'onde courte a permis de mettre en evidence une instabilite secondaire de grande longueur d'onde conduisant a des annihilations de longueurs d'onde lorsque la vitesse de la paroi superieure augmente. Ces annihilations precedent la transition vers un etat de chaos spatio-temporel. Lorsque l'onde longue et l'onde courte sont simultanement presentes, leur interaction conduit a la disparition de l'onde longue. Une modulation de la frequence de l'onde courte couplee a une deformation de grande longueur d'onde de l'interface apparait ensuite rapidement

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Abi, Chebel Nicolas. "Dynamique et rhéologie interfaciales à haute fréquence d'une goutte oscillante." Thesis, Toulouse, INPT, 2009. http://www.theses.fr/2009INPT043G/document.

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Abstract:

Ce travail présente une étude de la dynamique interfaciale de gouttes oscillantes dans une plage étendue de fréquences, en particulier dans le domaine des hautes fréquences. Nous avons développé une méthode de caractérisation de la dynamique des oscillations de gouttes, en présence d’un forçage externe imposé, sous la forme de variations de volume périodiques de faible amplitude sur une goutte attachée à l’extrémité d’un capillaire. Cette méthode permet d’identifier les modes d’oscillation des gouttes et d’en mesurer les fréquences et les taux d’amortissement. Cette méthode a été appliquée à différents systèmes liquide-liquide, en l’absence ou en présence de surfactants. Dans ce dernier cas, elle permet d’évaluer l’effet du comportement viscoélastique des interfaces sur la dynamique des oscillations. Ainsi 3 types d’interfaces ont été identifiés. Pour les interfaces de premier type (heptane/eau sans ajout de surfactant), chaque mode propre est modélisé par un oscillateur linéaire peu amorti. Les fréquences propres et les taux d’amortissement sont bien prédits par la théorie linéaire. Les interfaces de types 2 et 3 sont obtenues en ajoutant du pétrole brut à la phase dispersée. Les surfactants naturellement présents dans le pétrole (asphaltènes, résines) s’adsorbent à l’interface et lui confèrent des propriétés viscoélastiques. Pour les interfaces jeunes (type 2, moins de 20 minutes de vieillissement), les fréquences propres mesurées restent bien prédites par la théorie, qui considère des interfaces non contaminées, tandis que les taux d’amortissement sont de loin supérieurs aux valeurs théoriques. D’autre part, les interfaces vieillies (type 3) présentent des modes propres différents avec des fréquences de résonance supérieures à celles des interfaces jeunes. Dans ce cas, la dynamique de l’interface à haute fréquence est régie par l’élasticité du réseau formé par les espèces amphiphiles du pétrole brut. Les oscillations libres d’une goutte en ascension dans une phase externe stagnante, pour un système liquide-liquide sans ajout de surfactants, ont été étudiées. Les valeurs mesurées de la fréquence d’oscillation des 4 premiers modes sont en adéquation avec la théorie linéaire. Cependant les valeurs mesurées du taux d’amortissement sont très élevées par rapport aux valeurs théoriques, pour une interface non contaminée. En effet, des espèces résiduelles adsorbées à l’interface provoquent l’apparition d’un gradient de tension interfaciale par effet Marangoni et par suite une production de vorticité plus intense dans les couches-limites, ce qui conduit à l’augmentation de l’amortissement des oscillations
We present an experimental study of oscillating drop interfacial dynamics at a wide frequency range, especially at high frequency. A characterization method of drops oscillation dynamics has been developed. The oscillations are generated by imposing low amplitude periodic variation of volume to a drop which is attached to a capillary tip. The present method is based on the identification of the drop eigenmodes and the determination of their frequencies and damping rates. It has been applied to characterize several liquid-liquid systems. Three types of interface have been identified. For interfaces of type 1 (heptane/water without added surfactant), each eigenmode is modelled by a weakly damped linear oscillator. Eigenfrequencies and damping rates are well predicted by the linear theory. Interfaces of Types 2 and 3 are obtained by adding crude oil to the disperse phase. Oil native surfactants (asphaltenes, resins) adsorb on the drop interface and provide the latter with viscoelastic behaviour. For young interfaces (type 2 with aging time below 20 minutes), eigenfrequencies remain well predicted by the theory, which deals with non contaminated interfaces, whereas the measured damping rates are significantly higher than the theoretical values. On the other hand, aged interfaces (type 3) exhibit different eigenmodes, of which eigenfrequencies are much higher than the resonance frequencies measured for the young interfaces. At high frequency, the dynamics of aged interfaces are governed by the elasticity of the network constituted by the crude oil amphiphilic species, while the dynamics of young interfaces are governed by interfacial tension. Freely decaying oscillations of a rising drop in a liquid at rest without added surfactant were also considered. Measured frequencies for the first four eigenmodes are in good agreement with the linear theory. However, measured damping rates are much higher than the theoretical rates for non contaminated interfaces. In fact, residual adsorbed species at the heptane/water interface induce Marangoni effects and thus gradients of interfacial tension. Therefore, vorticity production within the boundary layers is enhanced, which explains the observed increase of the oscillation damping rates

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BONFILLON, COLIN ANNIE. "Contribution a l'etude des mousses et des emulsions : dynamique interfaciale." Paris 6, 1994. http://www.theses.fr/1994PA066826.

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Abstract:

Nous avons mesure les coefficients viscoelastiques de films interfaciaux d'amphiphiles a basses frequences par une methode d'ondes longitudinales. La confrontation de ces mesures au modele theorique de lucassen conduit a un grand desaccord dans le cas de tensioactifs ioniques. Nous avons montre que ces differences provenaient de la charge du tensioactif et nous avons etabli un nouveau modele qui prend en compte l'effet du champ electrostatique cree par la monocouche sur la diffusion de la molecule chargee vers l'interface. Des mesures de tension dynamique viennent completer notre etude. Nous avons ensuite etudie l'influence des proprietes viscoelastiques de la monocouche sur le drainage des films de savon. Nous avons montre que l'apport de tensioactif vers l'interface etait regi plutot par la convection que par la diffusion. Ceci nous a permis de conclure que le drainage des films etait correle avec les proprietes viscoelastiques a haute frequence. La derniere partie concerne les liens entre la stabilite des emulsions et les proprietes viscoelastiques des monocouches. Nous avons etudie un systeme tensioactif-huile (aot n-alcanes) dans lequel il nous etait possible de changer l'elasticite de surface facilement sans modifier de facon importante les autres parametres. Nous avons pu mettre ainsi en evidence un lien entre stabilite des emulsions sous compression et rigidite de surface.

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ZANOTTI, JEAN-MARC. "Structure et dynamique de l'eau interfaciale. Role de l'eau d'hydratation dans la dynamique des proteines globulaires." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112063.

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Abstract:

Ce travail de these concerne la comprehension des processus d'hydratation en biologie. En particulier, nous avons etudie par diffusion incoherente quasi-elastique et inelastique de neutrons, la dynamique a temps court, de l'ordre de 40 picosecondes, de l'eau au voisinage d'une proteine globulaire soluble, la c-phycocyanine deuteriee a 99%. Les etudes ont ete realisees en fonction du degre d'hydratation de la poudre et au dela de la monocouche d'eau, hydratation a partir de laquelle la proteine commence a remplir sa fonction. Afin de separer les effets hydrophiles des effets hydrophobes, nous avons debute notre etude par celle de l'eau interfaciale au voisinage de deux systemes modeles: le vycor, un verre poreux de silice representatif d'une interface hydrophile et la poudre de carbone amorphe, caracterisee par une surface hydrophobe. Des experiences de diffraction de neutrons sur ces deux systemes ont montre que l'eau interfaciale avait, a temperature ambiante, une structure proche de celle de l'eau surfondue a basse temperature. Ceci est coherent avec les resultats que nous avons obtenus par diffusion quasi-elastique de neutrons, qui ont montre que l'eau interfaciale avait une dynamique proche de celle de l'eau surfondue, donc considerablement ralentie par rapport a celle de l'eau volumique. Des resultats similaires sont observes pour la c-phycocyanine. Cela nous a conduit a proposer le mecanisme suivant pour la diffusion a temps court et a courte distance des molecules d'eau au voisinage d'une proteine globulaire: a temperature ambiante, les molecules diffusent par sauts rotationnels sur des sites adjacents d'environ 4 angstroms. Le temps de residence sur un site est 10 fois plus long que ce qu'il est dans l'eau volumique a la meme temperature. Un premier pas vers la connaissance fine de la dynamique d'une proteine, induite par l'eau d'hydratation, a ete possible par la mise en parallele de resultats de diffusion quasi-elastique et inelastique de neutrons et de resultats obtenus par rmn du solide du carbone 13 en abondance naturelle. Les informations issues de ces deux techniques ont permis de determiner de facon specifique la nature des residus qui sont affectes les premiers, lors de l'hydratation d'une proteine globulaire soluble, telle que la parvalbumine

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Deguillard, Estelle. "Simulations de Dynamique Particulaire Dissipative pour le calcul de tension interfaciale dans des systèmes eau/tensioactif/huile." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112288/document.

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Abstract:

La tension interfaciale est une grandeur physico-chimique d'intérêt pour de nombreuses industries et notamment l'industrie pétrolière. Cette grandeur est l'un des paramètres qui permet d'optimiser le rendement d'un puits de pétrole. La difficulté liée à sa mesure dans les conditions réservoirs a amené à étudier les systèmes eau/tensioactif/huile par simulation moléculaire. Ce travail a permis de montrer que la Dynamique Particulaire Dissipative (DPD) était un outil adapté pour l’étude de systèmes eau/tensioactif/huile sous différents aspects, de la caractérisation de la structure des interfaces au calcul de la tension interfaciale. Cette thèse a permis la démonstration de l’influence non-négligeable de la variation des paramètres de la force harmonique, l’amplitude K et la distance d’équilibre r0 , sur le calcul de la tension interfaciale et sur la structure des interfaces à forte concentration en tensioactif. En effet, la structure des tensioactifs aux interfaces est le résultat d’une balance subtile entre les forces intra et inter moléculaire. L’étude d’une population modèle de tensioactifs non chargés a permis de montrer que la DPD reproduit bien l'évolution de la tension interfaciale en fonction de la concentration en tensioactif en solution et en fonction du coefficient de partage de tensioactifs modèles non chargés. Une méthodologie est proposée pour caractériser les systèmes contenant des interfaces et où la tension interfaciale est calculée.Des travaux prospectifs ont permis de montrer que la DPD permettait d'étudier des phénomènes liés à la tension interfaciale comme le mûrissement d'Ostwald dans les émulsions d'huile dans l'eau. Ces derniers travaux ouvrent la voie à l’étude d’autres systèmes d’intérêt pour le milieu pétrolier comme le décollement de gouttes de pétroles adsorbées sur des parois ou l’étude d’émulsions pétrolières
The interfacial tension is a physical-chemical property that numerous industrial areas have an interest of especially the petroleum industry. This property is one of the many which helps to optimize production wells' rate of return. Measuring that property in reservoir's conditions (high pressure and temperature) is highly difficult and led to study water/surfactant/oil systems using molecular modeling. The difficulty to measure that specific physical-chemical property linked to the pressure and temperature conditions in the reservoirs led the scientists to study water/surfactant/oil systems using molecular modeling. This thesis establishes that the Dissipative Particle Dynamics (DPD) is able to study water/surfactant/oil systems. The study of the effect of the variation of the harmonic force's parameters, namely the force constant K and the equilibrium distance r0, demonstrated that their variation can heavily influence the interfacial tension computation. Actually, a subtle balance exists between the intra and inter-molecular interactions, which influences the local structure of the surfactants at the oil-water interface, modifies the interfacial tension and influences the interface stability. It was demonstrated that DPD reproduces the variation of interfacial tension with the bulk surfactant concentration and the effect of the variation of hydrophobicity of models of un-charged surfactants on interfacial tension by mean of their coefficient partition. We established a method to properly study systems containing interfaces where interfacial tension is computed. Prospective work showed that DPD was a good tool to study microscopic phenomenon which can be observed macroscopically like the Ostwald ripening in oil in water emulsions. This is a first step before studying others systems of interest for the petroleum industry such as oil/water emulsion or the adsorption of oil droplets on rock wall

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FábIán, Balázs. "Molecular Modeling of Interfacial Phenomena." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD041.

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Abstract:

Les outils de simulation numérique permettent désormais l'analyse des interfaces à l'échelle moléculaire, tant du point de vue de leur structure que de leur comportement dynamique. Ainsi, dans mon travail de thèse, j'ai développé le logiciel PYTIM qui comprend les procédures les plus populaires d’analyse inter faciale à l'échelle moléculaire, fournissant une base solide pour les travaux de recherche sur les surfaces et interfaces.En utilisant ces méthodes, j’ai étudié le comportement dynamique des molécules situées aux interfaces de différents systèmes d'intérêt biologiques et atmosphériques. Ce faisant, j’ai étudié la corrélation entre la dynamique des molécules à la surface et les interactions intermoléculaires correspondantes.De plus, j’ai travaillé sur le calcul des profils de pression dans les systèmes simulés. Dans ce cas, définir localement une quantité macroscopique, la pression, à l’échelle microscopique représente un obstacle considérable. Nous avons cependant montré que les profils de pression peuvent être calculés dans des systèmes comprenant des charges ponctuelles via le contour de Harasima avec la méthode de sommation d’Ewald (PME). Par ailleurs, j'ai montré comment les contraintes rigides souvent utilisées dans les simulations introduisent un couplage entre les degrés de liberté translationnels (positions) et les degrés de liberté de rotation. La conséquence de ce couplage est que le tenseur d’énergie cinétique n'est plus constant même dans des systèmes en équilibre, ce qui peut introduire une différence significative dans le calcul de la tension de surface.Les méthodes développées au cours de mon travail de thèse ont permis de calculer, pour différents systèmes, la distribution de la tension superficielle près de l’interface, la relation entre la pression spinodale et le minimum du profil de pression latérale. Elles ont également permis de mieux comprendre les liens entre pression et mécanisme d’action des molécules anesthésiques,fournissant ainsi des bases moléculaires à l'hypothèse de Cantor.Enfin, j’ai étudié également l'équilibre gaz/solide en caractérisant, à l’aide de simulation de Monte Carlo dans l'ensemble grand canonique, le piégeage de molécules d'ammoniac dans un clathrate, sous conditions de pression et de température caractéristiques d'environnements extraterrestres
The tools of numerical simulation enable the analysis of interfaces at themolecular scale, both in terms of their structure and their dynamic behavior.Thus, in my thesis work, I developed the PYTIM software that includes the mostpopular procedures for interfacial analysis at the molecular level, providing asolid foundation for research work on surfaces and interfaces.Using these methods, I investigated the dynamic behavior of molecules at theinterfaces of different biological and atmospheric systems of interest. Indoing so, I studied the correlation between the dynamics of molecules on thesurface and the corresponding intermolecular interactions. In addition, Iworked on the calculation of pressure profiles in simulated systems. Inparticular, the localization of an inherently non-local quantity, the pressure,represents a considerable technical difficulty. I have shown that the pressureprofiles can be calculated in systems containing point charges via the Harasimacontour with mesh Ewald methods (PME). Moreover, I showed how the rigidconstraints often used in simulations introduce a coupling between thetranslational degrees of freedom and the rotational degrees of freedom. Theconsequence of this coupling is that the kinetic energy tensor is no longerconstant, even in equilibrium systems, which -- if neglected -- can introducesignificant errors in the calculation of the surface tension.The methods developed during my thesis work provided means to study variousproblems, such as the distribution of the surface tension near the interface,the relation between the spinodal pressure and the minimum of the lateralpressure profile. They also enabled the investigation of the possible linksbetween the lateral pressure profiles and the mechanism of action of anestheticmolecules, thus providing a molecular basis for the hypothesis ofCantor.Finally, I also studied gas/solid equilibrium characterizing, by Monte Carlosimulation in the grand canonical ensemble, the trapping of ammonia moleculesin a clathrate under conditions of pressure and temperature representative ofextraterrestrial environments

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Nguyen, Sébastien Thanh-Lâm. "Dynamique d'une interface en présence d'une singularité de contact solide/fluide." Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01390365.

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Abstract:

La solution d'un grande nombre de problèmes académiques, embrassant une grande variété de configurations : la cavité entrainée, la ligne de contact mobile, les écoulements thermocapillaires confinés, possède une singularité (discontinuité d'un champ ou d'une de ses dérivées). Il est bien connu que les méthodes spectrales sont très sensibles aux singularités, ce qui se traduit par la présence d'oscillations non-physiques (phénomène de Gibbs) au voisinage de la discontinuité. Pour cette raison, il est nécessaire de remplacer les conditions aux limites singulières par des conditions régulières filtrant explicitement la singularité pour employer ce type d'approximation numérique. Il est moins connu que les méthodes de précision finie (différences finies, volumes finis, éléments finis. . . ), qui permettent l'emploi direct des conditions singulières, introduisent un filtrage passif de la singularité lié à la finesse de résolution spatiale imposée. Des travaux précédents (thèse d'Eric Chénier) ont montré que l'échelle de filtrage pouvait influencer la structure de l'écoulement à l'échelle globale. En partant du principe que la physique est régulière, il devrait exister un mécanisme modifiant le comportement du fluide dans la région où le modèle classique est mis en défaut. On est alors amené à formuler deux questions fondamentales. D'une part, quel est l'ordre de grandeur de la petite échelle à laquelle la physique change ? D'autre part, existe-t'il un modèle macroscopique à même de rendre compte de ces effets locaux dans une simulation numérique du milieu continu ?Cette thèse est une tentative de répondre à ces deux questions
The research objective of this work is to achieve a physically relevant modeling removing velocity or vorticitysingularities which occur at solid/fluid junctions. These singularities are very common in a number of fluid flows(e. G. Lid-driven cavity corners, laterally heated liquid bridges, moving contact lines). It is well known that spectralmethods are very sensitive to singularities, and exhibit non physical oscillations (Gibbs Phenomenon) in the vicinityof a discontinuity. For this reason, when using such methods, singular boundary conditions have to be replaced by someregular condition obtained by explicitly filtering the discontinuity. It is less known that finite precision methods(e. G. Finite differences, finite volumes, finite elements), though allowing to keep the original conditions, introducesome implicit filter depending on the scale of discretization. In previous work, evidence was brought up that the localscale of filtering can play a determinant role on the global flow structure. It can, for instance, be responsible forsymmetry breaking of the solution in full zone liquid bridges simulations. Assuming that physics is regular, there must exist some mechanism that modifies the fluid's behavior in the region where the classical model fails. Two fundamental questions show up. First, what is the length of the small scale at which physics differs. Second, does there exist somemacroscopic model which can incorporate these local effects in numerical simulations of continuum. This thesis is devoted to address these two questions

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Piedfert, Antoine Rémy. "Modélisation et simulations numériques de la dynamique des interfaces complexes." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://oatao.univ-toulouse.fr/19947/13/Piedfert_Antoine.pdf.

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Abstract:

Dans les procédés liés aux émulsions, des écoulements turbulents et polyphasiques entrent en jeu. De tels procédés apparaissent dans des domaines variés. Dans l'industrie agro-alimentaire, la production de lait fait intervenir un homogénéisateur à haute pression, et certains produits tels que la mayonnaise sont des émulsions stables. On trouve aussi des émulsions dans le domaine de la santé : elles assurent le bon fonctionnement de nos poumons, tandis que d'autres peuvent être injectées par voie parentérale en tant que médicaments. On les retrouve aussi dans les procédés de séparation, par exemple eau-brut de pétrole dans l'industrie pétrochimique. Dans tous les cas, la fragmentation et la coalescence des bulles et gouttes doivent être maîtrisées, car elles influencent directement la distribution en taille de la phase dispersée. La fréquence d'apparition de ces phénomènes peut être prédite en utilisant des modèles adaptés. Cependant, la présence de molécules tensioactives modifie grandement cette fréquence et par conséquent la distribution en taille en sortie du procédé. Or, ce type de molécules est présent dans quasiment tous les procédés polyphasiques. L'étude des effets des tensioactifs dans ces procédés s'est alors imposée. Dans un des plus récents modèles, les bulles ou gouttes sont considérées comme des oscillateurs forcés par la turbulence de l'écoulement environnant. Il est alors nécessaire de connaître à la fois la turbulence dans le voisinage de la goutte et les propriétés dynamique de la goutte. La première peut être déterminée expérimentalement. La réponse de la goutte au forçage est alors décrite comme une somme d'harmoniques sphériques dont la dynamique est décrite pour chaque mode par une pulsation et un coefficient d'amortissement. Cette thèse aborde l’étude des effets des tensioactifs sur ces deux grandeurs. Elle s’est déroulée en collaboration entre l'IMFT et le LGC, ce qui a permis d'associer les compétences de chaque laboratoire dans les domaines de la physico-chimie, de l'hydrodynamique des phases dispersées et des écoulements turbulents diphasiques. Le projet lors de cette thèse est d'étudier numériquement les effets des tensioactifs sur les échelles temporelles caractéristiques des oscillations, dans le cas où la goutte est immobile ou bien en mouvement dans un fluide externe. Une équation de transport des tensioactifs ainsi que l'effet Marangoni à l'interface ont été modelisés dans le code DIVA, et validés à l'aide de cas tests. Ensuite, des simulations de gouttes subissant des oscillations de forme suivant le mode 2 des harmoniques sphériques ont permis de décrire les effets des tensioactifs sur la dynamique des interfaces. Ils ont été validés par la théorie pour des oscillations linéaires. Le couplage entre le mouvement d'ascension et les oscillations de formes a aussi été étudié, afin de comprendre l'effet d'un fort effet Marangoni, généré par l'ascension de la goutte, sur les oscillations. Les viscosités de surface peuvent aussi influencer radicalement la dynamique interfaciale. Lors de cette thèse, une méthode a été développée et validée pour permettre à l'outil de simulation de prendre en compte des viscosités de surface en se basant sur le modèle de Boussinesq-Scriven. Leur effet sur la dynamique des oscillations de forme a été étudié.

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Hurisse, Olivier Pierre. "Couplage interfacial instationnaire de modèles diphasiques." Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11009.

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Abstract:

Le circuit primaire d'une centrale nucléaire est composé d'un ensemble d'éléments très différents (cuve, cœur, réseau de conduite. . . ). A chacun de ces éléments correspond actuellement un ou plusieurs codes de calcul spécifiques basés sur des systèmes d'équations aux dérivées partielles spécifiques. Afin de permettre la simulation des écoulements diphasiques dans l'ensemble du circuit primaire, il faut envisager de coupler ces différents codes. L'approche proposée dans ce travail de thèse est de coupler les codes grâce à un échange d'information interfaciale instationnaire. Des flux numériques sont calculés au niveau des interfaces de couplage et servent de conditions aux limites à chacun des codes. Les méthodes permettant le calcul des flux de couplage sont dérivées du formalisme de Greenberg-Leroux proposé dans le cadre du décentrement des termes sources des systèmes hyperboliques non-homogènes stationnaires, et font intervenir un modèle d'interface. Trois cas de couplage ont été examinés : le couplage du système des équations d'Euler en dimension un et deux ; le couplage de deux modèles diphasiques homogènes distincts ; le couplage d'un modèle homogène à quatre équations et du modèle bi-fluide standard
The primary coolant circuit in a nuclear power plant contains several distinct components (vessel, core, pipes,. . . ). For all components, specific codes based on the discretization of partial differential equations have already been developed. In order to obtain simulations for the whole circuit, the interfacial coupling of these codes is required. The approach examined within this work consists in oupling codes by providing unsteady information through the coupling interface. The numerical technique relies on the use of an interface model, which is combined with the basic strategy that was introduced by Greenberg and Leroux in order to compute approximations of steady solutions of non-homogeneous hyperbolic systems. Three different coupling cases have been examined: the coupling of a one-dimensional Euler system with a two-dimensional Euler system ;the coupling of two distinct homogeneous two-phase flow models; the coupling of a four-equation homogeneous model with the standard two-fluid model

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Galié, Thomas. "Couplage interfacial de modèles en dynamique des fluides : application aux écoulements diphasiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00395593.

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Abstract:

Cette thèse est dédiée à l'étude de problèmes de couplage en espace entre différents modèles d'écoulements compressibles. Nous considérons des formulations monodimensionnelles où l'interface de couplage est mince, fixe et séparant deux régions de l'espace correspondant aux deux modèles à coupler. L'objectif de notre travail consiste à définir une condition de couplage à l'interface et à résoudre numériquement le problème de couplage muni de cette condition. Après un état de l'art non exhaustif sur le couplage de systèmes hyperboliques de lois de conservation, nous proposons une nouvelle formulation de condition de couplage basée sur l'ajout d'un terme source mesure agissant exactement sur l'interface de couplage. Nous supposons, dans un premier temps, que le poids associé à ce terme source est connu et constant. Deux solveurs de Riemann sont développés dont une approche par relaxation préservant les solutions équilibres du problème de couplage. Cette méthode par relaxation est reprise par la suite dans le cadre d'un problème d'optimisation sous contraintes pour déterminer un poids dynamique en temps selon différentes motivations de transmission à l'interface. Dans une seconde partie, nous développons un solveur de Riemann approché pour un modèle bifluide à deux pressions dans le cas d'un écoulement diphasique isentropique par phase. Le modèle en question a pour particularité de comprendre des termes non conservatifs que l'on réécrit alors sous la forme de termes sources mesures. L'approche par relaxation établie dans la partie précédente est alors étendue au cas du modèle bifluide, moyennant une estimation a priori des contributions non conservatives. Cette méthode nous permet, dans un dernier chapitre, de résoudre numériquement le problème de couplage interfacial entre un modèle bifluide à deux pressions et un modèle de drift-flux grâce à l'approche dite du modèle père.

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Rousset, François. "Influence de l'interphase sur les instabilités interfaciales dans les écoulements stratifiés de polymères." Lyon 1, 2005. http://www.theses.fr/2005LYO10175.

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Abstract:

Les films multicouches trouvent de nombreuses applications dans des domaines variés tels que l'optique ou l'emballage alimentaire. Ces structures composites sont couramment produites au moyen du procédé de coextrusion. Pendant la transformation, le contraste important des propriétés rhéologiques entre les couches peut engendrer des instabilités interfaciales. Ce défaut a été largement étudié pour les systèmes modèles de fluides incompatibles. Cependant, en pratique, une affinité physico-chimique entre les polymères est indispensable pour éviter le délaminage du produit final. La présente étude traite de l'influence de cette affinité sur les instabilités interfaciales. Après avoir confirmé expérimentalement que les écoulements stratifiés de polymères compatibles sont relativement peu sensibles aux perturbations, nous avons élaboré un modèle mécanique pour des fluides newtoniens et viscoélastiques (Oldroyd-B). Ce modèle a permis de déterminer l'influence de l'interphase sur la stabilité de l'écoulement. Enfin, une approche énergétique du phénomène d'interdiffusion a conduit à des cartes de stabilité qualitativement conformes aux résultats expérimentaux

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Adeline, Sylvère. "Etude expérimentale d'instabilités interfaciales d'un jet liquide par analyse d'image et transformée en ondelettes." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES033.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude expérimentale de l'instabilité d'un jet liquide cylindrique dans une atmosphère calme issu de buses de différentes longueurs. Cette étude est basée sur la réalisation d'une technique particulière d'imagerie destinée à l'analyse des interfaces du jet liquide. Des outils de traitement d'image et d'analyse par ondelettes ont été développés pour permettre une analyse statistique de plusieurs grandeurs caractéristiques de l'instabilité du jet en chute libre : la longueur de rupture, le nombre d'onde, le taux de croissance et l'amplitude interfaciale de perturbation. Le suivi temporel des phénomènes a été également réalisé pour les mesures de ces grandeurs et ainsi de la célérité d'onde. Un dispositif d'excitation électrohydrodynamique du jet liquide a été mis en place permettant d'étudier l'influence de l'amplitude initiale de pertubation. Les résultats expérimentaux ainsi obtenus en fonction de la vitesse du jet en chute libre sont comparés avec les prédictions des théories d'instabilités temporelles et spatiales. Ces comparaisons ont montré la concordance entre l'expérience et ces théories pour les faibles vitesses du jet et la divergence importante entre celles-ci pour les vitesses plus importantes. Le point critique correspondant au maximum de la longueur de rupture du jet est attribué à un phénomène qui semble lié aux conditions de l'écoulement en sortie de buse. La diminution de l'amplitude initiale de perturbation estimée au niveau de la sortie de buse avec la vitesse du jet avant ce point critique est observée, celle-ci de manière indépendante du taux de croissance et du nombre d'onde. Cette étude a montré l'incidence de l'effet dynamique sur les processus de rupture du jet tel le profil de vitesse en sortie de buse et sa relaxation.

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Boufarguine, Majdi. "Etude de la déformation de gouttes à interface et rhéologie complexes." Phd thesis, Université du Maine, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00954404.

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Abstract:

Ce travail de thèse est une contribution à l'étude des émulsions de Pickering qui ont vu unregain d'intérêt ces dernières années. Bien que l'effet Pickering ait été décrit depuis plus d'un siècle,des études plus systématiques pour comprendre l'activité des particules solides aux interfacesliquide/liquide n'est que partiellement entrepris, surtout en cours de déformation. Plusieurs questionsrestent d'actualité et, en premier, la localisation même des particules à l'interface et le mécanismed'adsorption associé.L'approche proposée dans ce travail de thèse s'inscrit dans cette optique avec en particulier laconsidération d'un événement élémentaire d'une émulsion : une goutte isolée dans une matrice etexaminée suite à un saut de déformation en cisaillement dans un dispositif de cisaillement contrarotatifdéveloppé à PCI. De manière générique, le but est de comprendre la relation entre le comportement dela goutte et la rhéologie complexe (en volume ou en surface) apportée par la dynamique de particulessolides aux interfaces liquide/liquide mobiles. Plusieurs paramètres ont été étudiés en commençant parl'affinité chimique des particules solides avec les phases liquides, la rhéologie des phases liquides, laconcentration et la taille des particules solides ; et pour finir, une attention particulière a été portée àl'effet de la déformation macroscopique et l'âge de la goutte.Plus particulièrement, la mise en évidence de la synergie entre la déformation macroscopiqueet l'âge de la goutte, sur la dynamique d'adsorption des particules à l'interface liquide/liquide et lastructuration de l'interface composée, a permis de proposer une méthodologie pour la modulation de" l'effet mémoire induite par la déformation " lors de la relaxation de la goutte en modifiant lasurface des particules par adsorption de tensioactifs choisis. Ainsi, il a été possible de figer les gouttesliquides dans des formes anisotropes contrôlées. Ce phénomène a été corrélé à une transition liquidesolidede l'interface composée mise en évidence par des mesures des modules rhéologiquesinterfaciaux. Ces derniers ont été, par ailleurs, reliés quantitativement à l'anisotropie des gouttesfigées.

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Weiss, Cédric. "Solidification dirigée d'alliages transparents 3D : dynamique de formation de la microstructure interfaciale en présence de convection naturelle." Aix-Marseille 3, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX30019.

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Abstract:

La solidification est ici étudiée in situ en temps réel sur des alliages transparents massifs par observation optique directe et interférométrie. Diverses améliorations expérimentales ont été apportées au niveau du four pour contrôler la courbure d'interface ainsi qu'au niveau des méthodes de préparation des échantillons. Des protocoles d'analyse des images d'interférométrie ont été développés permettant de caractériser la pointe des dendrites (rayon de courbure, vitesse). Les effets de la courbure d'interface et de la convection dans la phase liquide ont été étudiés en croissance cellulaire et dendritique. Nous avons observé un phénomène d'advection des cellules, affecté par la convection dans le bain fondu. En régime dendritique, la microstructure est fortement affectée par la courbure (orientation, paramètres de forme). Enfin, un dispositif spécifiquement développé a permis une étude exploratoire du rôle de la fragmentation des dendrites dans la transition colonnaire – équiaxe
Directional solidification of bulk transparent alloys has been studied by optical means with direct observation and interferometry. Some experimental improvements have been done concerning the Bridgman furnace in order to control the interface curvature and also concerning the samples preparation. Interferogram analysis procedures have been developped allowing the characterization of the dendrites (tip radius and tip velocity). The effects of the interface curvature and the convection in the liquid phase have been studied in the cellular and the dendritic regimes. We have observed a cells advection phenomenon affected by the fluid flow in the melt. In dendritic growth, the microstructure is strongly affected by the interface curvature (orientation, shape factor). Finally, a specific device dedicated to the columnar-to-equiaxed transition study has been developped clarifying the role of the dendrites fragmentation in this process

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Srivastava, Titiksha. "Ingénierie et contrôle dynamique des propriétés interfaciales dans les films ultra-minces pour ajuster les textures de spin magnétique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY001/document.

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Abstract:

Le contrôle du magnétisme aux interfaces s’est avéré essentiel pour la spintronique et ses applications, en particulier celles basées sur des structures chirales de spin appelées skyrmions magnétiques. Ces skyrmions, décrits comme des solitons magnétiques, sont de potentiels vecteurs d’information. Dans des empilements ultraminces du type métal lourd / ferromagnétique / isolant, les skyrmions sont stabilisés par une interaction d’échange antisymétrique d’interface appelée interaction de Dzyaloshinskii-Moriya (DMI); celle-ci entre en compétition avec d’autres interactions telles que l’interaction d’échange symétrique ou l’anisotropie magnétique. Afin de contrôler ces skyrmions, les propriétés magnétiques aux interfaces doivent être ajustées finement et modulées par une excitation extérieure. Le champ électrique s’est avéré être un outil efficace pour manipuler ces propriétés d’interface. Il a notamment été montré dans un certain nombre d’études depuis 2009 qu’une différence de potentiel permet de modifier localement et de manière dynamique des propriétés telles que l’anisotropie magnéto-cristalline ou l’aimantation à saturation. Cependant, cet effet sur DMI, qu’il est crucial d’intégrer pour les systèmes avec skyrmions, n’avait pas été observé pour les films ultraminces.Cette thèse présente tout d'abord une optimisation des systèmes tricouches de type métal lourd/ferromagnétique/oxide dans lesquels peuvent exister des skyrmions. J’ai plus particulièrement étudié le système Ta/FeCoB/TaOx qui permet de énucléer des skyrmions en présence d’un faible champ magnétique appliqué perpendiculairement au plan des couches. Une étude approfondie en fonction de l’épaisseur de FeCoB et de l’état d’oxydation du TaOx a notamment été menée, permettant ainsi d’identifier les différentes zones présentant des skyrmions. D’autre part, le résultat majeur de cette thèse est la démonstration de la modulation de DMI par un champ électrique dans une tricouche Ta/FeCoB/TaOx. Des mesures de spectroscopie Brillouin sous champ électrique ont montré une très grande variation allant jusqu’à 130%. Puis, des observations complémentaires en microscopie à effet Kerr magnéto-optique ont permis de mesurer simultanément une variation monotone de DMI et de la taille des skyrmions en fonction du champ électrique avec une efficacité sans précédent. Puisque le champ électrique agit principalement sur l’interface entre le matériau ferromagnétique et l’oxyde (FeCoB/TaOx), cette étude indique l’existence d’une DMI de type Rashba, expliquant la forte sensibilité au champ électrique. Ces observations montrent également qu’un renversement du signe de l’IDM est possible, qui conduirait à une inversion de la chiralité des skyrmions. Cette manipulation dynamique de DMI permettrait de conférer un degré de contrôle supplémentaire pour le développement de mémoires ou de dispositifs logiques ou neuromorphiques à base de skyrmions
Control of interfacial magnetism has emerged to be of paramount importance for spintronics applications specially involving chiral magnetic structures called skyrmions. Skyrmions are envisaged to be the future information carriers owing to their solitonic properties. In heavy metal/ ferromagnet/ insulator heterostructures, skyrmions are stabilized by interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction which is an antisymmetric exchange and competes with other interactions like symmetric exchange and magnetic anisotropy. In order to tune skyrmions, the interfacial magnetic properties need to be modulated. One of the energy efficient tools to maneuver interfacial magnetism is electric field effect. Voltage gating has been shown, in a number of studies since 2009, to locally and dynamically tune magnetic properties like interface anisotropy and saturation magnetization. However, its effect on interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction (DMI), which is crucial for the stability of magnetic skyrmions, has been challenging to achieve and has not been reported yet for ultrathin films.This thesis demonstrates an optimization of trilayer systems consisting of a heavy metal/ ferromagnet/ oxide where skyrmions can be stabilized. In particular, I focussed on the Ta/FeCoB/TaOx system to nucleate skyrmions in the presence of very small out of plane magnetic field. Further, the different skyrmionic zones as a function of the FeCoB thickness and TaOx oxidation state are studied. We then show electric field induced modulation of interfacial DMI which forms the most important result of this thesis. We demonstrate 130% variation of DMI with electric field in Ta/FeCoB/TaOx trilayers through Brillouin Light Spectroscopy (BLS). Using polar Magneto-Optical-Kerr-Effect microscopy, we further show a monotonic variation of DMI and skyrmionic bubble size with electric field, with an unprecedented efficiency. Since the electric field acts mainly on the FeCoB/TaOx interface, this study also points at the existence of the Rashba DMI explaining its high sensitivity to an applied voltage. We anticipate through our observations that a sign reversal of DMI with electric field is possible, leading to a chirality switch. This dynamic manipulation of DMI establishes an additional degree of control to engineer programmable skyrmion based memory, logic or neuromorphic devices

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Medjkoune, Mehdi. "Étude expérimentale des effets d’anisotropie interfaciale en solidification directionnelle d’alliages eutectiques Al-Al2Cu en échantillons minces." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://theses.hal.science/tel-03711395.

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Abstract:

Nous présentons une étude expérimentale des effets d'anisotropie des joints interphase sur la dynamique de croissance lamellaire en solidification directionnelle d'alliages eutectiques Al-Al2Cu en échantillons minces. La croissance couplée (accrochée ou flottante) est observée optiquement en temps réel, ce qui permet le suivi in situ de régimes stationnaires et la maîtrise des stades initiaux. J'ai utilisé la diffraction de rayons X et l'EBSD pour identifier les relations d'orientation (ORs) entre la solution solide α (cfc) et l'intermétallique θ (tétragonal) dans des grands grains eutectiques. De plus, la microdiffraction Laue synchrotron (ESRF/BM32) a été utilisée pour la première fois avec succès dans ce domaine. Dans des échantillons hypoeutectiques, nous avons identifié une nouvelle famille (type-C) d'ORs mettant en jeu la coïncidence entre les plans {123}α et {100}θ, favorisée par la germination de θ sur α. Dans des échantillons hypereutectiques, la formation de grains eutectiques présentant des ORs dites Beta-6 et Alpha-4 est liée à la germination de α sur θ. Les lamelles ont tendance à s'accrocher sur un plan de coïncidence ou sur un plan (100)α. Nous avons également observé qu'une faible mosaïcité, négligeable dans θ mais pouvant atteindre 5° dans α, engendrée probablement en cours de solidification, peut présenter un caractère propagatif en fonction de l'OR. Les premières expériences de solidification directionnelle en rotation nous ont permis d'obtenir des informations sur la forme du diagramme de Wulff du joint interphase d'un grain d'OR de type-C
We present an experimental study of the effects of the anisotropy of the interphase boundaries on the lamellar growth dynamics during directional solidification of eutectic Al-Al2Cu alloys in thin samples. The coupled growth (locked or floating) is observed optically in real time, allowing the in situ monitoring of steady-state regimes and the control of initial stages. X-ray diffraction and EBSD were used to identify the orientation relationships (ORs) between the solid solution α (fcc) and the intermetallic θ (tetragonal) in large eutectic grains. In addition, synchrotron Laue microdiffraction (ESRF/BM32) has been successfully used for the first time in this field. In hypereutectic samples, we have identified a new family (type-C) of ORs involving a coincidence between a {123}α and a {100}θ planes, favored by the nucleation of θ on α. In hypereutectic samples, eutectic grains with so-called Beta-6 and Alpha-4 ORs arise via the nucleation of α on θ. The lamellae tend to lock onto a coincidence plane or a (100)α plane. We also observed that a weak mosaicity, negligible in θ but up to 5° in , was probably generated during solidification, and may present a propagative feature depending on the OR. The first experiments of rotational directional solidification allowed us to gain new information on the shape of the Wulff diagram of the interphase boundary in a type-C OR grain

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Uguz, Kamuran Erdem. "Evaporative instability in binary mixtures." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112169/document.

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Abstract:

Cette étude concerne la physique des écoulements convectifs résultant d’une instabilité d’évaporation de fluides binaires. Ce problème a de nombreuses applications, l’enrobage par centrifugation, le dépôt de films, les caloducs, etc, pour lesquels le changement de phase et la convection jouent un rôle prépondérant dans la conception et la qualité des procédés. Le système physique étudié est un mélange liquide sous sa propre vapeur, confiné par deux plaques conductrices de chaleur et des bords latéraux isolants. Les plaques sont utilisées pour appliquer un gradient thermique. Aucun gradient de concentration n’est imposé au système. Ces gradients sont induits par les différentes vitesses d’évaporation des composés. Dans ce système, il est important de comprendre comment la dynamique des fluides et les transferts de masse et de chaleur entrent en compétition pour la formation de structures. Le principal objectif de ce travail est d’identifier les conditions pour que le système évolue d’un état conductif vers un état de convection lorsque le gradient vertical de température dépasse une certaine valeur critique.Dans le système, la convection s’installe par trois mécanismes distincts : évaporation, gradients de densité et gradients de tension interfaciale. Trois forces convectives s’opposent aux effets de diffusion qui tendent à garder le système en état conductif. Le seuil d’apparition de la convection dépend de quelques variables, comme les dimensions du contenant, les propriétés thermophysiques des phases liquide et vapeur, la fraction massique, et les caractéristiques de perturbations. L’effet de chacune de ces variables sur le seuil est étudié en présence ou non de gravité.Pour représenter la physique, un modèle mathématique non linéaire complet est développé, basé sur les conservations de quantité de mouvement, d’énergie et de masse dans chaque phase avec les conditions aux limites appropriées. Le fluide binaire est composé de deux alcools légers comme l’éthanol et le sec-butanol. Dans les équations du modèle, la masse volumique ainsi que la tension interfaciale sont fonctions à le fois de la température et de la concentration. Pour la recherche du seuil de transition, les équations sont linéarisées autour d’un état de base connu. Dans notre cas, il s’agit de l’état conductif. Le système d’équations linéaires résultant est résolu par une méthode de collocation spectrale Chebyshev.Nous obtenons quatre résultats principaux. Premièrement, dans un système multi-composants sans gravitation, une instabilité n’apparaît que lorsque le système est chauffé du côté de la phase vapeur contrairement à un système mono-composant. Cela implique que, si on souhaite éviter les instabilités, il vaut mieux un apport de chaleur par la phase liquide en cas de processus d’évaporation en couches minces ou en micro-gravité.Deuxièmement, en présence de gravité, un système multi-composants peut devenir instable quelle que soit la direction du chauffage. Si la convection thermique est négligeable, alors nous montrons que le chauffage par la phase vapeur est la configuration la plus instable. Sinon, les deux modes de chauffage sont à même de produire une instabilité. Ce résultat implique que le gradient thermique appliqué doit être inférieur à une valeur seuil pour éviter les instabilités quelle que soit la direction du chauffage.Troisièmement, lorsque l’instabilité apparaît en absence de gravité, des structures n’apparaitront pas dans le cas de fluide pur mais apparaitront dans le cas d’un fluide multi-composants. De même, des structures apparaitront en présence de gravité en fonction du facteur d’aspect du confinement. Les facteurs d’aspect peuvent être choisis pour éviter des structures multi-cellulaires même en cas d’apparition d’instabilités durant l’évaporation.Enfin, des structures oscillantes ne sont pas prédites de façon générale malgré les effets opposés des convections solutale et thermique dans le problème d’évaporation
This study focuses on understanding the physics of the convective flow resulting from evaporative instability in binary mixtures. This problem has wide applications in spin coating, film deposition, heat pipes, etc. where phase change and convection play a very important role in the design process and also final quality of the product. The physical system of interest consists of a liquid mixture underlying its own vapor sandwiched between two conducting plates with insulated sidewalls in a closed container. The conducting plates are used to apply a vertical temperature gradient while there is no applied concentration gradient in the system. Concentration gradients are induced by the different evaporation rate of the components. In this system it is important to understand how the fluid dynamics and the heat and mass transfer interact competitively to form patterns. The main goal of this work is to identify the conditions for the system going from the conductive no-flow state to a convection state when the applied vertical temperature gradient exceeds a certain value called the critical value.In the system convection arises due to three distinct phenomena; evaporation, density gradients, and interfacial tension gradients. These convective forces are opposed by the diffusion effects that try to keep the system in the conductive no-flow state. The onset point depends upon several variables such as the dimensions of the container, thermo-physical properties of both liquid and vapor phases, mass fraction, and the characteristic of the disturbance given to the system. The effects of each of these variables on the onset point are investigated both in the presence and in the absence of gravity. To represent the physics a complete non-linear mathematical model is developed including momentum, energy, and mass balances in both phases with appropriate boundary conditions. The binary mixture is assumed to be made up of two low weight alcohols such as ethanol and sec-butanol. In the modeling equations the density and the interfacial tension are taken to be function of both temperature and concentration. To identify the onset point the non-linear equations are linearized around a known base state. In this case the base state is the conductive no-flow state. The resulting set of linear equations is solved using a spectral Chebyshev collocation method. Four major results arise from this work. First, in a multi-component system in the absence of gravity, an instability arises only when the system is heated from the vapor side as opposed to evaporation in a single-component. The implication is that evaporative processes in thin layers or in micro-gravity are best conducted with heat from the liquid side if instabilities are to be avoided.Second, in the presence of gravity, a multi-component system may become unstable no matter the direction of heating. If thermal buoyancy is negligible then it is shown in this study that heating from the vapor side is the unstable arrangement. Otherwise either heating style can produce an instability. This result means that the applied temperature difference must be kept below a threshold in order to avoid flow instabilities no matter the heating direction.Third, whenever instability occurs in the absence of gravity, patterns will not result in the case of a pure component but may result in the case of multi-components. Likewise, patterns will result when gravity is taken into account provided the aspect ratio of the container lies in a suitable range. As a result, aspect ratios can be chosen to avoid multi-cellular patterns even if convective flow instabilities arise during evaporation.Lastly, oscillations are not ordinarily predicted despite opposing effects of solutaland thermal convection in the evaporation problem

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Vu, Van Huyen. "Modélisation hybride et multi-échelle pour la simulation des écoulements et des transferts thermiques dans les micro-canaux." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1163/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de mettre en œuvre une description multi-échelle adaptée aux écoulements de fluides dans des micro-/nano-conduites. Cette approche doit permettre de décrire, aussi bien les petites échelles relatives aux interactions du fluide avec les atomes du mur, que les grandes échelles de l’écoulement engendrées par les conditions aux limites d'entrée/sortie du canal. Pour cela, nous avons développé une méthode qui couple une modélisation continue des écoulements et des transferts de chaleur dans le cœur du canal avec une modélisation discrète proche des parois, basée sur une représentation atomistique du fluide et du mur.Les équations de Navier-Stokes et de l’énergie, couplées à une équation d’état, sont approximées par une méthode de volumes finis dans le cœur de l’écoulement alors que des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour représenter finement les interactions entre le fluide et la paroi. Cette approche hybride nécessite la transmission d’informations entre les modélisations : les grandeurs moyennées moléculaires sont imposées comme conditions aux limites pour le modèle continu, et la dynamique sous contrainte, couplée à un thermostat de Langevin, est utilisée pour piloter l’échelle moléculaire. Une représentation par des plots moléculaires locaux de petite taille, intelligemment répartis le long de l’interface entre le fluide et le mur, permet de traiter des écoulements et des transferts dans des canaux de très grands allongements, pour des coûts de calcul raisonnables.Après une partie de validation, des simulations hybrides multi-échelles d’écoulements dans des canaux constitués de parois en platine ont été menées pour de l’argon en phase liquide (incompressible) ou gazeuse (compressible), en tenant compte éventuellement du changement de phase au voisinage de la paroi
The main objective of this thesis is to model the multi-scale heat and fluid flows in micro-/nano channels. This method must be able of capturing at the same time the fluid/solid interaction at the small scale but also the flows induced by the inlet/outlet boundary conditions at the large scale. To this aim, we have adopted an approach coupling the continuum model in the bulks of the channel and the discrete model at the vicinity of the wall, based on an atomistic representation of the fluid and the solid.The Navier-Stokes and energy equations, coupled with an equation of state, are approximated by a finite volume method and the molecular dynamics simulations are used to finely represent the interaction between the fluid and the solid. This hybrid method requires information transmission between the former two regions: averaged quantity in molecular dynamics simulations are imposed as boundary conditions for the continuous model and constrained dynamics, coupled with a thermostat Langevin, is used to control in the molecular level. A set of small molecular dynamics blocks, smartly distributed all along the wall/fluid interface, allows to treat flow and heat transfers in a long micro/nano-channel with a reasonable computational cost.After a validation step, the hybrid multi-scale simulations of complex fluid flows in the channel composed of the platinum wall have been conducted for argon in incompressible liquid or compressible gaseous phase with and without phase change in the vicinity of the wall

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Degonville, Maximilien. "Etude numérique de la dynamique sous écoulement de gouttes et vésicules avec viscosités de surface." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0751/document.

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Abstract:

De nombreux systèmes fluides dans les domaines de la biologie ou encore de la cosmétique sont limités par une interface dont les propriétés mécaniques régissent la stabilité. En particulier, les objets tels que des gouttes, vésicules ou polymersomes se déforment dans un écoulement simple et mènent à une grande richesse de dynamiques spatio-temporelles contrôlées par la nature des matériaux qui composent l'interface. Les travaux présentés concernent l'étude numérique de la déformation de ces objets dans un écoulement de Stokes, en particulier dans des situations où les viscosités de l'interface jouent un rôle important. Un code de calcul couplant intégrales de frontières et éléments finis a été utilisé afin de décrire la physique interfaciale et étudier leur comportement une fois plongés dans un écoulement. Ces travaux ont permis d'étudier l'influence des viscosités interfaciales sur la dynamique d'une goutte dans un écoulement extensionnel plan, leur influence sur sa dynamique de déformation et sur les conditions de rupture de celle-ci. Les études réalisées sur une vésicule fortement dégonflée et plongée dans un écoulement cisaillé ont caractérisé la bifurcation entre les deux familles de forme existantes dans ces conditions. Ces formes ayant une influence sur la dynamique de la vésicule dans l'écoulement, celle-ci a été étudiée dans le cadre d'un écoulement infini puis proche d'une paroi parallèle à l'écoulement. Enfin, de premiers résultats sur la dynamique d'un polymersome dans un écoulement cisaillé permettent de construire un diagramme de phase illustrant les différents comportement de cet objet en fonction de la viscosité de la membrane et du taux de cisaillement
There are many fluid systems in the biology, food industry, pharmacology or cosmestics fields that are bound by an interface which mechanical properties rule the system stability. Objects like droplets, vesicles or polymersomes change their shape in a simple flow which lead to a wealth of space and time dynamics. These properties are controlled by the nature of the interface material. The aim of this work is the numerical study of the deformation of droplets, vesicles and polymersomes in a Stokes flow, especially when the interfacial viscosities play an important role. A numerical computation code coupling boundary integrals and finite elements was used to describe the interfacial physics of these objects and study their behaviour when immerged in a flow. Multiple resolution strategies where developped to this end in order to optimize the numerical computation in the cas of an interface with viscosities.Using this work, the influence of interfacial viscosities on the dynamics of a droplet in an extensional flow is studied : in particular, their influence on the stretching dynamics of a droplet and its break up conditions was characterized. The study of a vesicle, droplet bounded by a lipid bilayer, strongly deflated and immerged in a shear flow detailed the bifurcation between two shape types existing for this system. These shapes have an influence on the vesicle dynamics under flow, which is studied for an unbounded flow and a near-wall flow. Finally, we show first results about the dynamics of a polymersome in a shear flow. We used them to build a phase diagram for the behaviour of this object depending on the membrane viscosity and the shear rate

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Bukiet, Frédéric. "Influence de la modification de l'hypochlorite de sodium par adjonction de tensioactifs sur l'énergie interfaciale et la viscosité dynamique de la solution d'irrigation." Thesis, Montpellier 1, 2014. http://www.theses.fr/2014MON12201/document.

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Abstract:

La complexité anatomique de l'endodonte implique un protocole d'irrigation efficace. L'hypochlorite de sodium doit donc pouvoir pénétrer dans l'ensemble du réseau endodontique afin d'exercer son activité antiseptique et protéolytique. Dans cet objectif, l'utilisation d'un tensioactif mélangé à l'hypochlorite de sodium constitue une approche potentiellement intéressante pour optimiser la pénétration et l'étalement de l'hypochlorite de sodium au sein du système canalaire. Cette thèse sur publications a donc pour objectif d'étudier l'influence de la modification de l'hypochlorite de sodium par adjonction de tensioactifs sur l'énergie interfaciale et la viscosité dynamique de la solution d'irrigation. Le premier chapitre décrit les enjeux, les différentes problématiques liées à l'irrigation ainsi qu'une revue de littérature critique des différentes techniques d'irrigation disponibles. Le second chapitre se focalise sur les propriétés physico-chimiques des solutions d'irrigation et sur des aspects plus spécifiquement liés à l'hydrodynamique et au mouillage des liquides et en particulier les notions d'énergie interfaciale, de concentration micellaire critique, de viscosité dynamique et de régime d'écoulement. Après une synthèse des aspects théoriques et des implications potentielles en endodontie, l'ensemble des matériels et méthodes expérimentales est détaillé dans le troisième chapitre. Le quatrième chapitre décrit l'influence de l'adjonction d'un tensioactif sur le mouillage de la solution d'irrigation sur la base d'une étude préliminaire et d'études complémentaires ayant abouti à une première publication internationale. Le cinquième chapitre décrit l'influence de l'adjonction d'un tensioactif sur l'écoulement de la solution d'irrigation, cette étude ayant débouché sur une seconde publication internationale. Enfin, le sixième chapitre constitue la conclusion de ce travail et les perspectives de recherche sur la thématique
The complexity of the root canal anatomy requires an efficient irrigation protocol. Sodium hypochlorite must penetrate in the whole of the endodontic system in order to be strongly active in terms of antiseptic and solvant properties. Therefore, the use of surfactants mixed to sodium hypochlorite is a promising approach to enhance the penetration depth and the spreading of endodontic irrigant within the root canal. The purpose of this thesis based on two international publications is to study the influence of surfactant addition to sodium hypochlorite on its surface tension and dynamic viscosity. The first chapter describes the different stakes, issues and irrigation techniques thanks to a critical review of the literature. The second chapter focuses on hydrodynamics and wetting properties especially surface energy, critical micellar concentration, dynamic viscosity and flow regimen. After a description of the theoretical aspects and the potential applications in root canal therapy, all the materials and methods used in this thesis are detailed in the third chapter. The fourth chapter describes the influence of surfactant addition on the wettability of endodontic irrigant on the basis of a preliminary study and several additional studies that led to a first international publication. The fifth chapter describes the influence of surfactant addition on the dynamic viscosity of endodontic irrigant and its flow regimen on the basis of a study which led to a second international publication.The final chapter of this thesis constitues the conclusion of this work and the associated prospects regarding this topic

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Raja, Anwar. "Influence de la composition du brut pétrolier sur les propriétés interfaciales gaz-huile, particulièrement dans le cas des bruts paraffiniques en présence de CO2." Lyon 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LYO10039.

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Abstract:

L'injection de co#2 dans un gisement de petrole est l'un des procedes de recuperation assistee les plus prometteurs, tant sur le plan technique qu'economique. La connaissance des proprietes thermodynamiques des melanges huile/gaz est indispensable a la comprehension des mecanismes physico-chimiques mis en jeu. Les gisements de petrole malaisiens sont le plus souvent de nature paraffinique. Une premiere phase de ce travail a consiste a separer les paraffines de ces deux bruts, d'une part pour caracteriser ces paraffines et d'autre part pour faire une etude comparative du comportement avec le co#2 des huiles vierges et des huiles deparaffinees. Apres une etude pvt classique des deux bruts selectionnees, les quatre huiles vierges et deparaffinees ont ete recombinees avec des gaz de separateur pour retrouver des pressions de saturation initiale egales a celles existant dans les gisements. Les etudes ont ete poursuivies sur divers melanges huile/co#2 avec les huiles vierges et les huiles deparaffinees. Dans une phase ulterieure, des essais de deplacement des differentes huiles par le co#2 pur ont ete realises dans un milieu poreux artificiel pour determiner les pressions minimales de miscibilite (pmm). Une tres bonne coherence avec les mesures de tension interfaciale a ete observee. Enfin de simulations numeriques ont ete realisees a l'aide d'un modele numerique cmgprop base sur les equations d'etat de peng-robinson et de redlich-kwong

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Schurhammer, Rachel. "Simulations par dynamique moléculaire de la solvatation et du comportement interfacial d'espèces hydrophobes : application à l'hypothèse TATB et à l'extraction liquide/liquide de cations par le CO2 supercritique." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2001. http://www.theses.fr/2001STR13155.

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Abstract:

Nous avons étudié par simulations de dynamique moléculaire la solvatation de molécules hydrophobes chargées dans des liquides purs et à des interfaces liquide / liquide. La première partie concerne l'hypothèse TATB qui suppose que les deux ions Asf4+ (TA+) et Bf4- (TB-) ont la même énergie de solvatation dans tout solvant. Nous avons montré que les deux ions étaient solvatés différemment dans des liquides purs (eau, chloroforme, acétonitrile) ainsi qu'à une interface chloroforme / eau. Des calculs de différences d'énergie libre de transfert ont confirmé cette tendance, de même que des simulations sur des ions "hypothétiques" S+ et S-, analogues sphériques de Asf4+ et Bf4- qui répondent exactement aux critères de l'hypothèse. De nombreux tests méthodologiques ont été effectués et ont permis de montrer l'importance (i) d'une description correcte des interactions à "longue distance", (ii) de la répartition précise des charges atomiques et (iii) du modèle de solvant utilisé notamment pour l'eau, sur la différence de solvatation de "gros" ions hydrophobes selon leur charge. La seconde partie décrit les premières simulations avec le CO2 supercritique dans le cadre de l'extraction liquide / liquide de cations métalliques. Nous avons étudié le comportement d'ions (Cs+, UO22+, Eu3+), de molécules extractantes (tri-n-butylphosphate, calixarène), de complexes de ces cations avec ces molécules extractantes et d'acide nitrique à une interface préformée CO2 / eau et lors de simulations de séparation de phase, en partant de solutions binaires homogènes CO2 / eau. Ces études démontrent l'importance des phénomènes interfaciaux, des conditions de simulations, ainsi que de la concentration en acide et en extractant, dans les processus d'extraction vers le CO2 supercritique

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Besson, Rémy. "Simulation à l'échelle atomique de quelques propriétés volumiques et interfaciales d'alliages ordonnés fer-aluminium." Grenoble INPG, 1997. http://www.theses.fr/1997INPG4201.

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Abstract:

Apres avoir elabore un potentiel semi-empirique adapte aux alliages fe - al de structures b2 et d0#3, nous avons etudie les defauts ponctuels et les joints de grains dans ces composes. A basse temperature, l'ecart a la stchiometrie b2 est accommode par des defauts d'antisite ; a plus haute temperature, des lacunes de fer apparaissent et les defauts tendent a former des complexes dont la structure est tres sensible a l'ecart a la stchiometrie. Nos calculs, reposant sur les energies de formation a temperature nulle, indiquent les types des defauts predominants, mais conduisent a des predictions quantitatives sous-estimees, ce qui souligne probablement l'importance des vibrations atomiques. Dans le compose b2 equiatomique, la diffusion des deux especes s'effectue conjointement par des cycles a quatre sauts de lacunes de fer. Bien que les energies d'activation calculees soient comparables a celles deduites de l'experience, les coefficients de diffusion calcules se revelent inferieurs aux mesures experimentales. La difference peut la encore etre attribuee a la non-prise en compte des vibrations atomiques. La seconde application concerne les structures atomiques du joint de grains symetrique de flexion autour de 001 et de plan (310) dans les composes b2 et d0#3. A basse temperature, nous obtenons, dans le compose b2 equiatomique, une unique structure stable (pseudo-symetrique) enrichie en fer, ainsi qu'une forte influence de la composition globale sur cette structure (avec segregation intergranulaire de l'element majoritaire). Dans le compose d0#3 stchiometrique, il existe une grande multiplicite de structures, celles-ci etant toujours enrichies en aluminium. L'etude structurale du joint de grains dans l'alliage b2 a haute temperature revele une transition de phases stabilisant une structure symetrique. Celle-ci etant tres energetique a basse temperature, son apparition met une fois encore en evidence l'importance des vibrations atomiques dans les composes fe - al b2.

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Malinenko, Alla. "Effet d’ion specifique sur l’auto-assemblage d’amphiphiles cationiques : des approches experimentale et informatique." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0065/document.

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Abstract:

La présente étude est une approche holistique axée sur l'étude des effets spécifiques d'ions sur les propriétés d'auto-assemblage de tensioactifs cationiques gemini. Notre objectif principal étant l’étude de l'effet de divers contre-ions sur les caractéristiques d’auto-assemblage de tensioactifs cationiques en solution aqueuse. Afin d'obtenir une vision plus complète de l'effet des interactions ioniques et moléculaires à l’interface sur les propriétés globales, nous avons utilisé des approches différentes. Nous avons combiné une étude expérimentale portant sur les propriétés en solution (concentration micellaire critique, degré d'ionisation, nombre d'agrégation, etc.), avec des approches centrées sur l'étude des propriétés micellaires interfaciales en analysant les concentrations des contre-ions et de l'eau de façon expérimentale (piégeage chimique) et informatique (simulations de dynamique moléculaire). En outre, nous avons étudié l'impact de la nature des contre-ions sur la croissance des micelles géantes par rhéologie. En plus de l'examen des propriétés de tensio-actifs en solution, les effets spécifiques d'ions sur les structures cristallines des agents tensioactifs gémini ont été étudiés.Nous avons trouvé que les effets d'ions spécifiques qui déterminent le comportement des agrégats micellaires de gemini cationiques d'ammonium quaternaire dans des solutions aqueuses dépendent fortement de l'énergie libre d'hydratation des contre-ions, en d'autres termes, sur leur propriétés hydrophile /hydrophobe. Contrairement à la solution aqueuse, dans les cristaux, la taille de l'ion devient le facteur déterminant. La comparaison des résultats obtenus pour un même système en solution aqueuse et à l'état solide a montré l'importance des interactions ion-eau dans les effets spécifiques d'ions. Cependant, il faut noter que les propriétés du substrat (les gemini dans notre cas) doivent être prises en compte non moins soigneusement afin de prédire complétement les effets Hofmeister
The present study is a holistic approach focused on the investigation of ion specific effects on the self-assembly properties of cationic gemini surfactants. Our main focus was on the effect of various counterions on the self-organization features of cationic surfactants in aqueous solution. In order to obtain amore comprehensive understanding of the effect of interfacial ionic and molecular interactions on aggregate properties we used different approaches. We combined an experimental study focused on the bulk solution properties (critical micelle concentration, ionization degree, aggregation number, etc.), with approaches focused on investigating the interfacial micellar properties by analyzing the interfacial counterion and waterconcentrations, experimentally (chemical trapping) and computationally (molecular dynamic simulations). Moreover, the impact of counterion nature was investigated by studying the growth of wormlike micelles using rheology. Besides the examination of the surfactants properties in solution, the ion specific effects onthe crystalline structures of gemini surfactants were studied.We found that ion specific effects which determine the behavior of micellar aggregates of cationic quaternary ammonium gemini in aqueous solutions strongly depend on the free energy of hydration of the counterions, in others words, on their hydrophilic/hydrophobic properties. Contrarily to aqueous solution, in crystals, the size of the ion becomes the determining factor. Comparison of the results obtained for the same system in aqueous solution and in solid state showed the importance of ion-water interactions in ion specific effects. However, one should note that the properties of substrate (the gemini in our case) should be taken into account not less carefully in order to fully predict Hofmeister effects

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Neyt, Jean-Claude. "Calcul de la tension interfaciale de mélanges gaz / eau, gaz / huile et huile / eau par simulation moléculaire." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00962483.

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Abstract:

La prédiction de valeurs de tension interfaciale des fluides est capitale dans de nombreuses applications industrielles. Les techniques de simulation moléculaire et l'évolution rapide des moyens de calcul intensif permettent depuis quelques années de prédire des valeurs de tension interfaciale pour des systèmes complexes. Des travaux concernant des équilibres liquide / vapeur des corps purs SO2, O2, N2 et Ar montrent que les modèles choisi pour chaque molécule peuvent influencer la qualité des prédictions de tension interfaciale. Des simulations d'équilibres gaz acide / alcane de type CO2 / n-butane, CO2 / n-décane et H2S / n-pentane ont ensuite été réalisées. Elles ont mis en évidence l'efficacité des méthodes de simulation de type Monte Carlo pour la prédiction des tensions interfaciales pour de tels systèmes. L'étude de systèmes ternaires H2O / N2+CH4 et H2O / CO2+H2S a par ailleurs montré que le recourt à la dynamique moléculaire pouvait faciliter l'équilibration des systèmes simulés, rendant plus efficace la prédiction des tensions interfaciales. L'étude d'équilibres liquide / vapeur de saumures de chlorure de sodium a permis de mettre en évidence l'efficacité de certains potentiels non-polarisables pour la prédiction de l'évolution de la tension interfaciale avec la molarité de sel. Les modèles polarisables de type core-shell choisis ne permettent de prédire ni les masses volumiques, ni les tensions interfaciales. Enfin, l'étude d'équilibres eau / alcane en présence de sel ou de méthanol a montré que les méthodes de dynamique moléculaire permettaient de prédire quantitativement des valeurs de tension interfaciale pour ce type d'interface. L'effet de l'alcool abaissant la tension interfaciale a bien été observé, tout comme son placement préférentiel à l'interface.

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BAUGET, FABRICE. "PRODUCTION D'HUILES LOURDES PAR DÉPRESSURISATION : ÉTUDE DES INTERFACES HUILE-AIR ET MODÉLISATION DU PROCÉDÉ." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006787.

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Abstract:

La thèse est une contribution expérimentale et théorique à la modélisation d'écoulements de bruts pétroliers produits par dépressurisation du réservoir. Il s'agit de produire l'huile en dessous du point de bulle et de profiter de l'expansion de la phase gaz pour déplacer l'huile (procédé appelé "Solution Gas Drive"). Jusqu'à présent les simulateurs de réservoir permettaient la simulation d'un tel mécanisme pour les huiles légères. Un problème se pose avec les huiles lourdes dont la forte viscosité et la physico-chimie intensifient l'état hors d'équilibre dû au mécanisme de changement de phase. Les simulateurs numériques classiques ne prennent pas en compte ce type de mécanisme hors équilibre, ni l'écoulement du gaz sous forme dispersée. Bien qu'un grand nombre de travaux aient déjà été réalisés essentiellement à l'échelle des pores, l'étude bibliographique montre qu'il est nécessaire d'avoir un modèle décrit par des équations continues (approche de Darcy). L'étude expérimentale des propriétés physico-chimiques (tension dynamique, élasticité de surface) des principaux constituants des bruts montre que les asphaltènes ont un effet tensioactif favorisant la formation de mousse au dessus d'une concentration seuil. Enfin, l'étude théorique des différents processus physiques permet d'établir un modèle d'écoulement continu, ne faisant intervenir que des grandeurs macroscopiques mesurables. La nucléation et le transfert de masse sont modélisés par une fonction volumique de transfert, la nucléation étant basée sur le modèle de bulles préexistantes. Deux phases gaz peuvent coexister : l'une continue à l'échelle du milieu, l'autre dispersée dans l'huile sous forme de bulles. Les simulations de plusieurs expériences, réalisées avec des roches et des fluides différents, montrent que le modèle permet d'interpréter et de prédire les productions de gaz et d'huile.

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Rachel, Schurhammer. "Simulations par dynamique moléculaire de la solvatation et du comportement interfacial d'espèces hydrophobes.Application à l'hypothèse TATB et à l'extraction liquide/liquide de cations par le CO2 supercritique." Phd thesis, Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00292205.

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Abstract:

Nous avons étudié par simulations de dynamique moléculaire la solvatation de molécules hydrophobes chargées dans des liquides purs et à des interfaces liquide / liquide.
La première partie concerne l'hypothèse TATB qui suppose que les deux ions AsΦ4+ (TA+) et BΦ4- (TB-) ont la même énergie de solvatation dans tout solvant. Nous avons montré que les deux ions étaient solvatés différemment dans des liquides purs (eau, chloroforme, acétonitrile) ainsi qu'à une interface chloroforme / eau. Des calculs de différences d'énergie libre de transfert ont confirmé cette tendance, de même que des simulations sur des ions "hypothétiques" S+ et S-, analogues sphériques de AsΦ4+ et BΦ4- qui répondent exactement aux critères de l'hypothèse. De nombreux tests méthodologiques ont été effectués et ont permis de montrer l'importance (i) d'une description correcte des interactions à "longue distance", (ii) de la répartition précise des charges atomiques et (iii) du modèle de solvant utilisé notamment pour l'eau, sur la différence de solvatation de "gros" ions hydrophobes selon leur charge.
La seconde partie décrit les premières simulations avec le CO2 supercritique dans le cadre de l'extraction liquide / liquide de cations métalliques. Nous avons étudié le comportement d'ions (Cs+, UO22+, Eu3+), de molécules extractantes (tri-n-butylphosphate, calixarène), de complexes de ces cations avec ces molécules extractantes et d'acide nitrique à une interface préformée CO2 / eau et lors de simulations de séparation de phase, en partant de solutions binaires homogènes CO2 / eau. Ces études démontrent l'importance des phénomènes interfaciaux, des conditions de simulations, ainsi que de la concentration en acide et en extractant, dans les processus d'extraction vers le CO2 supercritique.

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Graebling, Didier. "Comportement rheologique des melanges de polymeres incompatibles a l'etat fondu." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1990. http://www.theses.fr/1990STR13090.

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Abstract:

Nous proposons d'appliquer une loi de type emulsion pour decrire le comportement rheologique des melanges de polymeres incompatibles dans le domaine de la viscoelasticite lineaire (faibles deformations). Ella pu etre verifiee experimentalement pour les melanges pdms/poe-do et ps/pmma pour lesquels la tension interfaciale est connue. Dans le cas contraire, la rheometrie dynamique est un moyen original de determiner la tension interfaciale entre polymeres fondus (ps/pema). Pour un ecoulement elongationnel (grandes deformations), l'analyse des mouvements des liquides newtoniens permet de relier la forme et les conditions d'eclatement d'une goutte unique a la cinematique de l'ecoulement et aux caracteristiques du melange. Cette approche donne une bonne description de la deformation des inclusions pour les melanges ps/pmma

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Salkin, Louis. "Création, stabilité et rupture d'interfaces fluides." Phd thesis, Université Rennes 1, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01070794.

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Abstract:

Nous présentons plusieurs expériences d'hydrodynamique interfaciale illustrant des procédés de création, stabilité et rupture d'interfaces fluides, liquide/liquide ou liquide/gaz. Dans un premier temps, nous étudions le processus de fragmentation d'objets déformables, gouttes et bulles, par un obstacle rectangulaire ou une boucle asymétrique placés dans un canal microfluidique. La deuxième partie de ce travail se consacre à des expériences menées avec des bulles et films liquides minces formés à l'aide d'eau savonneuse ou de liquides très visqueux. Après avoir revisité quelques surfaces minimales adoptées par un film de savon à l'équilibre, nous étudions divers mécanismes de formation de bulles et de bulles interfaciales. Dans ces deux parties, nos études sont menées en faisant varier de façon systématique les paramètres hydrodynamiques, physicochimiques et géométriques contrôlant chaque expérience. Nous interprétons les résultats obtenus en microfluidique à l'aide d'arguments simples basés notamment sur l'analogie électro-hydraulique aux bas nombres de Reynolds, tandis que l'analyse dimensionnelle et des lois d'échelle permettent de décrire la plupart des comportements expérimentaux des bulles et films liquides minces.

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Steinmetz, David. "Représentation d'une huile dans des simulations mésoscopiques pour des applications EOR." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS521.

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Abstract:

Les techniques de récupération assistée du pétrole par voie chimique consistent à injecter dans un réservoir pétrolier une formulation contenant des tensioactifs. Cette formulation permet de réduire la tension interfaciale eau/brut et ainsi de libérer l’huile piégée dans les pores de la roche. Les outils de simulations peuvent nous aider à améliorer ces techniques en nous apportant des connaissances sur les phénomènes se déroulant aux échelles moléculaires et mésoscopiques. Des méthodes de simulation moléculaire à l’échelle mésoscopique, la Dissipative Particle Dynamics et le Monte Carlo gros-grains, ont été utilisées pour prédire la tension interfaciale. Une approche de paramétrisation des interactions entre les molécules a été développée sur des équilibres liquide-liquide. Cette approche a été validée pour reproduire la composition des phases denses et pour prédire la tension interfaciale. Une méthodologie de représentation d’un brut a été développée. Le brut est séparé en fonction du nombre d’atomes de carbone en deux coupes : C20- et C20+. Une méthode de regroupement a été appliquée à la coupe C20- et une approche de reconstruction stochastique a été utilisée sur la coupe C20+. Une représentation a été obtenue avec 13 molécules représentatives. Les simulations de ce brut modèle fournissent des valeurs de tension interfaciale en bon accord avec les données expérimentales
Chemical enhanced oil recovery techniques consist of injecting into a petroleum reservoir an Alkaline/Surfactant/Polymer formulation. This formulation aims at mobilizing the oil trapped in the reservoir by reducing the water/crude oil interfacial tension. Molecular simulations are adapted to improve the efficiency of such a process by providing information about phenomena occurring at the molecular and mesoscopic levels. Mesoscopic simulation methods, Dissipative Particle Dynamics and coarse grained Monte Carlo, have been used to quantitatively predict the water/crude interfacial tension. An approach to parameterize interactions between entities has been developed using liquid-liquid ternary systems. This approach has been validated to reproduce compositions of bulk phases and to quantitatively predict the interfacial tension. A representation methodology of crude oil has been developed. The crude oil was divided according to the number of carbon atoms into two fractions: C20- and C20+. A lumping approach was applied to the C20- fraction and a stochastic reconstruction approach was employed on the C20+ fraction. A crude oil representation with only 13 representative molecules was so-obtained. Simulations of the parameterized crude oil model provides interfacial tension values that are in good agreement with available experimental data

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Souzy, Nicolas. "Experimental study and improvement of mass transfer in vertical bubble columns." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10201/document.

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Abstract:

Les colonnes à bulles sont utilisées en minéralurgie et en traitement des eaux pour capturer différents types de particules. Leur capacité d’échange bénéficie aujourd’hui d’un regain d’intérêt pour assurer la production de micro-algues destinées à un usage médicinal, alimentaire, ou énergétique : les concentrations d’oxygène et de dioxyde de carbone peuvent être contrôlées grâce à la considérable aire interfaciale gaz-liquide dans la colonne à bulles. Une étude expérimentale en boucle fermée a été menée pour simuler le passage du gaz dans une succession de colonnes en série. Le modèle théorique associé confirme le rôle critique du diamètre des bulles lors du transfert de masse. Un générateur de micro-bulles (MBG) innovant a été conçu et testé. Le prototype est capable de produire des micro-bulles d’un diamètre moyen Dbubble = 0.252 mm. L’invention a été officiellement déclarée. Le dernier chapitre a pour objet l’amélioration des méthodes de traitement de Fluorescence Induite par Plan Laser (PLIF), qui permettent d’obtenir les coefficients de transfert de masse kl. La première correction présentée prend en compte les variations de l’extinction de la fluorescence due au pH pendant la calibration et a été évaluée sur une mesure de concentration de CO2 dans le sillage d’une bulle en ascension libre dans une colonne d’eau. La seconde correction proposée doit être appliquée quand la distance de la région de mesure où les variations de pH sont observées augmente. La nécessité de cette correction a été illustrée par un cas test dans le sillage d’un nuage de bulles en ascension libre dans une colonne d’eau
Bubble column are involved in many industrial fields ranging from chemical industry to mineral processing. It recently became an industrial stake for the production of micro-algae intended for medicinal use, food or energy: the oxygen and carbon dioxide concentrations can be controlled via the efficient mass transfer induced by the significant gas-liquid interfaciale area into the bubble column. Firstly, experimental closed-loop study has been carried out to simulate the passage of gas in a succession of columns in series. The associated theoretical model confirms the critical importance of the bubble diameter for mass transfer.Therefore, an innovative Micro-Bubble Generator (MBG) has been designed and tested. The prototype is able to produce micro-bubbles of average diameter Dbubble = 0.252 mm. The invention has been officially declared. The last chapter aims at improving data treatment methods for Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF), which enables to obtain experimentally mass transfer coefficient kl through concentration measurements. The first presented correction takes into account variations of the fluorescence extinction due to pH during the calibration step, and has been evaluated on CO2 concentration measurement in the wake of a free rising bubble. The second proposed correction should be applied when the length in the measurement region over which pH variations are observed increases: variations of the extinction coefficient will affect the local incident light intensity and therefore the measurements. The need for this correction has been illustrated on a test case in the wake of a cloud of free rising bubbles

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Scheid, Benoît. "Evolution and stability of falling liquid films with thermocapillary effects." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2004. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/211185.

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Abstract:

This thesis deals with the dynamics of a thin liquid film falling down a heated plate. The heating yields surface tension gradients that induce thermocapillary stresses on the free surface, thus affecting the stability and the evolution of the film. Accounting for the coherence of the flow due to viscosity, two main approaches that reduce the dimensionality of the original problem are usually considered depending on the flow rate (as measured by the Reynolds number): the `long wave' asymptotic expansion for small Reynolds numbers and the `integral boundary layer' approximation for moderate Reynolds numbers. The former suffers from singularities and the latter from incorrectness of the instability threshold for the occurrence of hydrodynamic waves. Thus, the aim of this thesis is twofold: in a first part, we define quantitatively the validity of the `long wave' evolution equation (Benney equation) for the film thickness h including the thermocapillary effect; and in a second part, we improve the `integral boundary layer' approach by combining a gradient expansion to a weighted residual method.

In the first part, we further investigate the Benney equation in its validity domain in the case of periodically inhomogeneous heating in the streamwise direction. It induces steady-state deformations of the free surface with increased transfer rate in regions where the film is thinner, and also in average. The inhomogeneities of the heating also modify the nature of travelling wave solutions at moderate temperature gradients and allows for suppressing wave motion at larger ones.

Moreover, large temperature gradients (for instance positive ones) in the streamwise direction produce large local film thickening that may in turn become unstable with respect to transverse disturbances such that the flow may organize in rivulet-like structures. The mechanism of such instability is elucidated via an energy analysis. The main features of the rivulet pattern are described experimentally and recovered by direct numerical simulations.

In the second part, various models are obtained, which are valid for larger Reynolds numbers than the Benney equation and account for second-order viscous and inertial effects. We then elaborate a strategy to select the optimal model in terms of linear stability properties and existence of nonlinear solutions (solitary waves), for the widest possible range of parameters. This model -- called reduced model -- is a system of three coupled evolution equations for the local film thickness h, the local flow rate q and the surface temperature Ts. Solutions of this model indicate that the interaction of the hydrodynamic and thermocapillary modes is non-trivial, especially in the region of large-amplitude solitary waves.

Finally, the three-dimensional evolution of the solutions of the reduced model in the presence of periodic forcing and noise compares favourably with available experimental data in isothermal conditions and with direct numerical simulations in non-isothermal conditions.

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Cette thèse analyse la dynamique d'un film mince s'écoulant le long d'une paroi chauffée. Le chauffage crée des gradients de tension superficielle qui induisent des tensions thermocapillaires à la surface libre, altérant ainsi la stabilité et l'évolution du film. Grâce à la cohérence de l'écoulement assurée par la viscosité, deux approches permettant de réduire la dimensionnalité du problème original sont habituellement considérées suivant le débit (mesuré par le nombre de Reynolds): l'approximation asymptotique dite `longues ondes' pour les faibles nombres de Reynolds et l'approximation `intégrale couche limite' pour les nombres de Reynolds modérés. Cependant, la première approximation souffre de singularités et la dernière de prédictions imprécises du seuil de stabilité des ondes hydrodynamiques à la surface du film. Le but de cette thèse est donc double: dans une première partie, il s'agit de déterminer, de manière quantitative, la validité de l'équation d'évolution `longues ondes' (ou équation de Benney) pour l'épaisseur du film h, en y incluant l'effet thermocapillaire; et dans une seconde partie, il s'agit d'améliorer l'approche `intégrale couche limite' en combinant un développement en gradients avec une méthode aux résidus pondérés.

Dans la première partie, nous étudions l'équation de Benney, dans son domaine de validité, dans le cas d'un chauffage inhomogène et périodique dans la direction de l'écoulement. Cela induit des déformations permanentes de la surface libre avec un accroissement du transfert de chaleur dans les régions où le film est plus mince, mais aussi en moyenne. Un chauffage inhomogène modifie également la nature des solutions d'ondes progressives pour des gradients de températures modérés et conduit même à leur suppression pour des gradients de températures plus importants. De plus, ceux-ci, lorsqu'ils sont par exemple positifs le long de l'écoulement, produisent des épaississements localisés du film qui peuvent à leur tour devenir instables par rapport à des perturbations suivant la direction transverse à l'écoulement. Ce dernier s'organise alors sous forme d'une structure en rivulets. Le mécanisme de cette instabilité est élucidé via une analyse énergétique des perturbations. Les principales caractéristiques des structures en rivulets sont décrites expérimentalement et retrouvées par l'intermédiaire de simulations numériques.

Dans la seconde partie, nous dérivons une famille de modèles valables pour des nombres de Reynolds plus grands que l'équation de Benney, qui prennent en compte les effets visqueux et inertiels du second ordre. Nous élaborons ensuite une stratégie pour sélectionner le modèle optimal en fonction de ses propriétés de stabilité linéaire et de l'existence de solutions non-linéaires (ondes solitaires), et ce pour la gamme de paramètres la plus large possible. Ce modèle -- appelé modèle réduit -- est un système de trois équations d'évolution couplées pour l'épaisseur locale de film h, le débit local q et la température de surface Ts. Les solutions de ce modèle indiquent que l'interaction des modes hydrodynamiques et thermocapillaires n'est pas triviale, spécialement dans le domaine des ondes solitaires de grande amplitude. Finalement, l'évolution tri-dimensionnelle des solutions du modèle réduit en présence d'un forçage périodique ou d'un bruit se compare favorablement aux données expérimentales disponibles en conditions isothermes, ainsi qu'aux simulations numériques directes en conditions non-isothermes

Doctorat en sciences appliquées
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Lavalle, Gianluca. "Modélisation d'un film liquide cisaillé par un écoulement de gaz par une approche intégrale." Thesis, Toulouse, ISAE, 2014. http://www.theses.fr/2014ESAE0051/document.

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Abstract:

Dans de nombreuses applications aérospatiales, on peut trouver des films liquides cisaillés, c'est-à-dire une fine couche liquide qui ruisselle sur une paroi entrainée par le gaz. Par exemple, une couche de liquide peut se développer sur la voilure des avions, givrer et dégrader les performances. Des vagues peuvent se développer à l'interface liquide-gaz, et l'analyse correcte de ces instabilités devient très importante pour modéliser ce phénomène physique. En effet, la présence d'instabilités modifie les échanges liquide-gaz, notamment les transferts de masse et chaleur. Le but de cette thèse est de développer une technique permettant de coupler la phase gazeuse afin de reproduire les interactions à l'interface. La couche de liquide étant beaucoup plus mince que celle du gaz, une approche intégrale sur l'épaisseur est utilisée pour la modélisation. Enfin, deux cas d'un écoulement diphasique se développant dans une conduite confinée et dans une conduite plus large sont étudiés. les résultats sont ensuite comparés à des autres méthodes de référence, plus coûteuses en temps de calcul
In many aerospace applications one can find liquid films sheared by a gas flow. In example, these liquid sheets can develop on aircraft wings, freeze and then destroy the aerodynamics performances. Waves can develop at the liquid-gas interface, and the correct analysis of such instabilities becomes very important to model this physical phenomenon. Indeed, instabilities mdify liquid-gas exchanges, such as mass and heat transfers. The aim of the present work consists in developing a technique to couple the liquid phase to the gas phase in order to reproduce the interactions at the interface. Since the liquid layer is much thinner then the gas, anintegral approach is used for modeling. Finally, two cases of a two-phase flow developing in a strictly confined channel and in a large channel are studied. Results are then compared to other reference methods which are more expensive in terms of computational cost

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Zhang, Qindan. "Écoulements polyphasiques et phénomènes interfaciaux à multi échelles." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0110.

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Abstract:

Les écoulements polyphasiques couplés aux phénomènes interfaciaux sont largement impliqués dans la nature, notre vie quotidienne et de nombreux procédés industriels. A l’aide des trois techniques différentes, dont une caméra à grande vitesse, un appareil électrique à courant continu ultra-rapide et une micro-vélocimétrie par image des particules à grande vitesse, les écoulements polyphasiques et les phénomènes interfaciaux à différentes échelles ont été étudiés expérimentalement par des approches passives et actives. Les écoulements diphasiques comprenant une phase viscoélastique dans les dispositifs microfluidiques ont été étudiés. Au cours de la formation des gouttelettes, l’écoulement sous forme d’un fil de perles est observé. L’effet de l'élasticité du fluide sur la largeur minimale du col, la longueur maximale du filament et la taille des gouttelettes a été quantifié. Les corrélations prédictives de la taille des gouttelettes ont été optimisées en introduisant les nombres adimensionnels pour caractériser l'élasticité du fluide. Pour l'étirement et la rupture des gouttelettes élastiques, l’influence de l'élasticité sur la transition de l'étirement des gouttelettes à la rupture, la dynamique de l'étirement et de la rupture des gouttelettes ainsi que le rapport de taille des gouttelettes filles a également été étudiée. Une loi de puissance a été proposée pour décrire la longueur maximale d'étirement. Par la suite, la coalescence initiale d'une goutte pendante à une surface liquide de la même nature et l'étalement initial sur une surface solide ont été étudiés. L'appareil électrique ultra-rapide à courant continu avec une vitesse d'échantillonnage de 1,25 × 106 Hz permet de suivre la dynamique de coalescence et d'étalement sur une période aussi courte que 10 µs. La largeur de coalescence croit linéairement avec le temps dans le régime visqueux à inertie limitée et suit une loi de puissance dans le régime inertiel. Les évolutions des champs de vitesse ont été mesurées et calculées par le micro-PIV à grande vitesse avec une cadence jusqu'à 5000 champs de vitesse par seconde, révélant la transformation de l'énergie de surface en énergie cinématique. Par ailleurs, des pics électriques consécutifs avec un intervalle régulier de 20 ms ont été observés lors de l'amincissement et la rupture des filaments des liquides polymères. Enfin, la manipulation active de la goutte de ferrofluide a été réalisée en introduisant un champ magnétique. Des déformations évidentes de la goutte pendante de ferrofluide et de la surface initialement plate du même ferrofluide ont été observées avant le contact, même en l'absence de champ magnétique. Les lois exponentielles ont été proposées pour prédire l'augmentation de la largeur de coalescence avec le temps et la diminution de la largeur de coalescence maximale avec le champ magnétique. Le micro-PIV à grande vitesse a été utilisé avec un fluide modèle transparent pour révéler les champs d'écoulement pendant la coalescence des gouttes de ferrofluide. Les cycles de rupture et de coalescence auto-entretenus des gouttes de ferrofluide ont été observés pour la première fois. Un modèle exponentiel a été proposé pour prédire l'augmentation de la fréquence périodique avec le champ magnétique
Multiphase flows and interfacial phenomena are widely involved in the natural world, our daily life, and numerous industrial processes. By employing three different techniques including a high-speed camera, an ultra-high-speed Direct Current (DC) electrical device, and a high-speed micro-Particle Image Velocimetry (micro-PIV), the multiphase flows and interfacial phenomena at multiscale were investigated experimentally by both passive and active methods. The flow behaviors of the elastic non-Newtonian two-phase flow in both T-junction and flow-focusing devices were investigated. The fluid elasticity affected the dynamics of droplet formation, stretching and breakup. During the droplet formation, the peculiar beads-on-string flow was observed. The influences of the fluid elasticity on the minimum neck width, the maximum length of the dispersed thread and the droplet size were studied. The predicting models for the droplet size were optimized by introducing the dimensionless parameters to characterize the fluid elasticity. For the stretching and breakup of elastic droplets, the influences of elasticity on the transition from droplet stretching to breakup, the dynamics of droplet stretching and breakup as well as the size ratio of the daughter droplets were also investigated. The power-law models were proposed to predict the maximum stretching length. Subsequently, the initial coalescence of a pendant drop at a liquid surface and the initial spreading on a solid surface were investigated. The ultra-high-speed DC electrical device with the sampling speed of 1.25×106 Hz allows to monitoring the dynamics of coalescence and spreading within 10 µs. The coalescing width expands linearly with time in the inertially limited viscous regime and follows a power law in the inertial regime. The evolutions of the velocity fields during the initial coalescence and spreading were measured and computed by the high-speed micro-PIV with a capturing rate up to 5000 velocity fields per second, revealing the transformation of surface energy to kinetic energy. Besides, the consecutive electrical peaks with a regular interval of 20 ms were observed during the filament thinning of the polymer liquid neck. In addition, the active manipulation of the ferrofluid drop was realized by introducing an external magnetic field. Evident deformations of both the pendant ferrofluid drop and the bulk surface were observed prior to the contact even in the absence of a magnetic field. The exponential laws were proposed to predict the increasing coalescing width with time and the decreasing maximum coalescing width with the magnetic field. A high-speed micro-PIV technique was employed with a transparent model fluid to reveal the flow fields during the ferrofluid drop coalescence. The self-sustained coalescence-breakup cycles of ferrofluid drops were observed for the first time. The exponential model was proposed to predict the increasing periodic frequency with the applied magnetic field

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Roché, Matthieu. "Rupture d'interfaces en présence d'agents de surface." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00407180.

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Abstract:

Le détachement d'une goutte est un phénomène que nous observons quotidiennement. Il résulte de la rupture de l'interface entre le fluide dispersé en goutte et le fluide environnant. Cette rupture a fait l'objet de nombreuses études. Il est bien établi que sa dynamique est régie par une compétition entre la capillarité, l'inertie, et la viscosité du fluide. Ce manuscrit décrit l'influence sur la dynamique de rupture d'une modification des propriétés de l'interface entre deux fluides à l'aide d'agents de surface. Lorsque l'agent de surface est un surfactant (SDS), la dynamique d'amincissement peut se faire selon deux modes. Deux régimes linéaires en temps constituent le premier mode. Le second mode comporte trois régimes linéaires. Dans les deux cas, l'amincissement commence par un premier régime, suivi d'un deuxième régime de pente plus forte. Lorsque le troisième régime existe, sa pente est inférieure à celle du second régime. La variation des pentes des régimes linéaires témoigne du comportement dynamique du surfactant à l'interface. La valeur de la tension interfaciale extraite du premier régime linéaire correspond à la valeur à l'équilibre de la tension interfaciale du système, gamma_eq. La vitesse d'amincissement plus élevée au cours du second régime est reliée à une dépletion partielle en surfactant de la zone d'amincissement maximal. Le ralentissement constaté pendant le troisième régime est lié au déplacement de cette zone vers une région plus riche en surfactant, où la tension est plus faible. La dynamique d'amincissement du cou est très différente lorsque des polymères de poids moléculaire intermédiaire (env. 100 kDa) sont présents simultanément avec du SDS dans la phase continue. Lorsque [SDS] est supérieure à 0,15 fois la concentration micellaire critique (CMC), le comportement est identique à celui observé en présence de surfactant seul. En dessous de 0,15 CMC, l'amincissement ralentit exponentiellement à l'approche de la rupture, et un phénomène de beads-on-a-string apparaît. Ces constatations sont analogues à celles faites lorsqu'une solution de polymères est menée à la rupture. Dans notre cas, les polymères sont uniquement à la surface du jet et non dans son volume ! Une analyse des profils du cou au cours du temps démontre l'existence d'une auto-similarité à l'approche de la rupture. Bien que les systèmes étudiés soient plus complexes, ils présentent des caractéristiques qualitativement analogues à celles observées dans des systèmes de fluides simples. Toutefois, il existe une grande différence quantitative.

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Akrout, Ali. "Modélisation numérique du comportement vibro-acoustique des systèmes doubles vitrages feuilletés." Compiègne, 2008. http://www.theses.fr/2008COMP1792.

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Abstract:

L'objectif de ce travail de recherche est le développement d'une approche par éléments finis pour la modélisation de la transparence acoustique des systèmes double vitrages feuilletés. Une synthèse des travaux de recherche sur le comportement vibro-acoustique des systèmes doubles parois et sur les approches numériques de résolution des problèmes de transparence acoustique d'un système couplé fluide-structure est présentée. L'étude du comportement dynamique des plaques feuilletées a permis d'élaborer un modèle de feuilletage à base d'un film ultra-mince. De plus, un modèle dynamique d'un joint de fixation d'un système double vitrage a été élaboré en se basant sur le comportement viscoélastique des matériaux polymères. Le fluide d'un système double vitrage peut être parfait ou thermovisqueux. Par conséquent, une formulation mathématique pour un fluide thermovisqueux a été établie ce qui a conduit à une équation dynamique bidimensionnelle. La discrétisation par éléments finis de la fonctionnelle d'énergie d'un système double paroi feuilleté a conduit après minimisation à l'écriture de l'équation dynamique du système couplé qui présente un aspect de non linéarité exigeant le développement d'une approche modale itérative pour sa résolution. L'étude du problème de rayonnement acoustique d'un système double vitrage feuilleté excité par une pression extérieure appliquée sur le premier vitrage a montré par le calcul du facteur de perte par transmission (TL), l'efficacité du système double paroi feuilletée en isolation acoustique. Les résultats numériques ont montré l'importance de la prise en compte du cisaillement inter-facial d'un film ultra-mince. De plus, une grande capacité d'atténuation des amplitudes de vibrations du système double paroi feuilletée étudié est remarquée due à la prise en compte des effets viscothermiques d'une couche mince d'air qui engendrent un amortissement considérable
The main objective of this work is to develop a finite element approach for the modelization of the laminated double glazing acoustic transparency. A literature review study on both laminated double glazing vibro-acoustic behaviour and numerical resolution approach of fluid structure coupled system is presented. The study of laminated dynamical behaviour allows developing a new laminate model including an ultra-thin film at the skin's interface. Furthermore, based on the viscoelastic behaviour of polymer materials, a dynamic model of the double glazing clamping joint can be investigated. Also, a mathematical model for a thin viscothermal fluid cavity is established and allows obtaining a dimensional dynamic equation. The discretization of the energy functional by finite elements method gives after minimization a non linear symetrical coupled matrix system requiring the development of an iterative model approach for its resolution. The study of the acoustic radiation problem in the case of laminated double glazing system excited by harmonic uniform normal external pressure applied on the first plate shows, via the calculation of the transmission (TL) of the coupled system, the efficiency of the laminated double glazing on the acoustic insulation. Numerical results showed the reduced vibration's amplitude of a laminated glass with ultra-thin film compared to the one without taking into account the shear interfacial stress and the importance of viscothermal fluid effects on double glazing vibroacoustic behaviour

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Guillemaud, Vincent. "Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques par une approche bifluide à deux pressions." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00169178.

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Abstract:

Dans ce mémoire, on s'intéresse à la simulation des écoulements liquide-vapeur en transition de phase. Pour décrire ces écoulements, une approche bifluide moyennée à deux pressions indépendantes est retenue. Cette description du mélange liquide-vapeur s'appuie sur le modèle à sept équations de Baer et Nunziato. On étudie les aptitudes de cette modélisation à simuler les transitions de phase apparaissant en ingénierie nucléaire.

Dans un premier temps, on élabore un cadre thermodynamique théorique pour décrire les écoulements liquide-vapeur. Dans ce cadre, on réalise la fermeture du modèle de Baer et Nunziato. De nouvelles modélisations sont proposées pour les termes d'interaction entre les phases. Ces nouvelles modélisations dotent le modèle bifluide à deux pressions d'une inégalité d'entropie. On étudie ensuite les propriétés mathématiques de ce modèle. Sa partie convective hyperbolique se présente sous une forme non-conservative. On étudie tout d'abord la définition de ses solutions faibles. Divers régimes d'écoulement sont alors mis à jour pour le mélange diphasique. Ces différents régimes d'écoulement présentent des analogies avec le comportement fluvial et torrentiel des écoulements en rivière. Les stabilités linéaire et non-linéaire de l'équilibre liquide-vapeur sont ensuite établies. Pour affiner notre description des interactions diphasiques, on étudie pour finir l'implémentation d'un modèle de turbulence, ainsi que l'implémentation d'une procédure de reconstruction pour la densité d'aire interfaciale.

On s'intéresse ensuite à la simulation de ce modèle. Suivant une approche à pas fractionnaires, une méthode numérique est élaborée dans un formalisme Volumes Finis. Pour réaliser l'approximation de la partie convective, diverses adaptations non-conservatives de solveurs de Riemann standard sont tout d'abord proposées. A l'inverse du cadre non-conservatif classique, l'ensemble de ces schémas converge vers une unique solution. Un nouveau schéma de relaxation est ensuite proposé pour approcher la dynamique des transferts interfaciaux. L'ensemble de la méthode numérique se caractérise alors par la préservation des équilibres liquide-vapeur. Dans un premier temps, cette méthode numérique est employée à la comparaison des différentes modélisations bifluides à une et deux pressions. On l'applique ensuite à la simulation des écoulements liquide-vapeur dans les circuits hydrauliques des réacteurs à eau sous pression en configuration accidentelle.

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Koishi, Ayumi. "Mécanismes de nucléation des carbonates." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAU032/document.

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Abstract:

La précipitation et la dissolution du carbonate de calcium (CaCO3) sont des processus clés dans les systèmes naturels en raison de leur association intime avec le cycle du carbone terrestre. La précipitation se produit généralement sur des substrats étrangers en abaissant les barrières énergétiques qui contrôlent la nucléation. Ce processus appelé nucléation hétérogène résulte d'une interaction entre la sursaturation du fluide et les différentes énergies d’interface entre substrat-noyau-fluide. Malgré l’importance des énergies d’interface sur le devenir de la nucléation hétérogène, la littérature actuelle reste rare dans leurs valeurs absolues, limitant la précision de la modélisation du transport réactif. La formation des biominéraux constitue un réservoir majeur des carbonates dans la lithosphère. Des études récentes ont révélé des nucléations par multi-étapes impliquant la formation du carbonate de calcium amorphe (ACC), un intermédiaire métastable durant les premiers stades de la formation des biominéraux. De tels précurseurs amorphes permettent de réaliser les formes complexes des biominéraux, tandis que leur stabilité et leur cinétique de cristallisation sont contrôlées par de multiples facteurs. L'élucidation des mécanismes sous-jacents est bénéfique pour le développement de matériaux biomimétiques.Le premier objectif est de développer une compréhension prédictive des valeurs d'énergie d’interface régissant la nucléation hétérogène du CaCO3 en fonction des propriétés physico-chimiques spécifiques des substrats, comme l'hydrophobicité. Cette dernière est étudiée en utilisant de la phlogopite avec et sans substitution par le fluor produisant des substrats hydrophobes et hydrophiles. La technique de diffusion des rayons X aux petits angles en incidence rasante a été employée in situ pour obtenir des valeurs d’énergie effective d’interface. Il est intéressant de noter que les valeurs extraites pour les deux substrats sont similaires, et thermodynamiquement les deux fournissent un bon modèle pour la nucléation, alors que leurs mécanismes sont différents. La caractérisation ex situ par microscopie à force atomique a montré que le substrat hydrophile favorise la formation et la stabilisation d’ACC, tandis que le substrat hydrophobe favorise la formation de calcite. Ces résultats soulignent la flexibilité structurelle intrinsèque du CaCO3 et son avantage dans les processus de nucléation hétérogènes.Le deuxième objectif est de fournir une description atomistique de l'hydrophobicité du substrat. L'adsorption d'eau sur la phlogopite a été réalisée in situ par spectroscopie de photoélectrons à pression ambiante pour étudier l'effet de la substitution par le fluor et de différents types de contre-ions (K+, Na+ vs. Cs+). Ces résultats ont été interprétés par des simulations de dynamique moléculaire et la théorie de bond-valence. La combinaison de ces techniques montre que l'hydrophobicité du substrat provient d'une compétition entre deux facteurs: l'hydratation des contre-ions par rapport à celle du substrat.Le but final est d'étudier les mécanismes moléculaires par lesquels Mg2+, une impureté chez les précurseurs amorphes biogéniques, augmente la persistance cinétique d’ACC. La technique de diffusion inélastique incohérente des neutrons a été combinée avec la spectroscopie de corrélation de photons X pour élucider la dynamique à l'échelle nanométrique de l'eau et des ions dans les ACC. Les résultats montrent que la présence de Mg2+ augmente la diffusion atomique dans le solide tout en amplifiant la rigidité du réseau des liaisons hydrogène. Ces résultats contre-intuitifs sont abordés en considérant différents facteurs cinétiques inclus dans l’équation décrivant le taux de nucléation au sein de la théorie classique de la nucléation. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent l'importance de l'eau comme stabilisant cinétique de la structure amorphe et de l'existence de barrières stériques qui abaissent le taux de cristallisation
Precipitation and dissolution of calcium carbonate (CaCO3) are key processes in both natural and engineered systems due to their intimate association with the Earth’s carbon cycle. Precipitation usually occurs on foreign substrates since they lower the energetic barriers controlling nucleation events. This so-called heterogeneous nucleation results from the interplay between the fluid supersaturation and the interfacial free energies present at the substrate-nucleus-fluid interfaces. Despite the relevance of interfacial energies for the fate of heterogeneous nucleation, the current literature remains scarce in their absolute values, which limits the accuracy of reactive transport modelling. Of particular relevance to the carbon cycle, the formation of biominerals accounts for a major reservoir of the carbonate minerals in the lithosphere. Recent studies have revealed the existence of multistep nucleation pathways that involve formation of amorphous calcium carbonate (ACC), a metastable intermediate during the early stages of biomineral formation. Such amorphous precursors allow molding of the intricate shapes of biominerals, while their stability and crystallization kinetics are effectively controlled by multiple factors. Elucidating the underlying mechanisms is beneficial for the development of biomimetic materials.The first goal of this dissertation is to develop a predictive understanding of interfacial energy values governing CaCO3 heterogeneous nucleation as a function of specific physico-chemical properties of the substrates, such as hydrophobicity. This last was investigated using phlogopite, a common mica, with and without fluorine substitution yielding hydrophobic and hydrophilic substrates. In situ time-resolved Grazing-Incidence Small Angle X-ray Scattering experiments were performed to obtain effective interfacial energy values. Interestingly, the extracted values for both substrates were similar, and thermodynamically these substrates provide a good template for nucleation, but the pathways differ. By ex situ Atomic Force Microscopy characterization, the hydrophilic substrate was shown to promote the formation and stabilization of ACC, whereas the hydrophobic one favored the formation of calcite. These results point to the intrinsic structural flexibility of CaCO3 and its advantage in heterogeneous nucleation processes.The second goal is to provide an atomistic description of the substrate hydrophobicity/hydrophilicity. Water adsorption on phlogopite was studied in situ using Near-Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy to investigate the effect of fluorine substitution and the influence of different types of counterions (K+, Na+ vs. Cs+). The results of the spectroscopy experiments were further interpreted using molecular dynamics simulations and bond-valence theory. The combination of these techniques shows that the substrate hydrophobicity stems from a competition between two factors: hydration of counterions vs. that of substrate.The final goal is to study the molecular mechanisms by which Mg2+, a common impurity in biogenic amorphous precursors, increases the kinetic persistence of ACC. Inelastic Incoherent Neutron Scattering and X-ray Photon Correlation Spectroscopy were combined to elucidate the nanoscale dynamics of water and ions within ACC. The presence of Mg2+ was shown to enhance the atomic diffusion within the solid while simultaneously increasing the stiffness of the hydrogen bond network. These counter-intuitive results are addressed by considering the different factors included in the pre-exponential term of the nucleation rate equation within the framework of the classical nucleation theory. Overall, the results point to the importance of water as a kinetic stabilizer, and to the existence of steric barriers that lower the crystallization rate

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Galliéro, Guillaume. "Simulation moléculaire des propriétés thermophysiques et du comportement de fluides modèles.Application aux problèmes d'intérêt pétrolier." Habilitation à diriger des recherches, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00356341.

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Abstract:

Les activités de recherche qui ont été développées s'inscrivent dans une logique d'amélioration de la modélisation/simulation des fluides denses multiconstituants non réactifs, aussi bien d'un point de vue statique que dynamique, en utilisant une démarche de type échelle microscopique vers échelle macroscopique (bottom-up). Un accent tout particulier à été mis sur l'étude des fluides d'intérêt pétrolier dans des conditions de gisement et ce par le biais de simulations numériques de la dynamique moléculaire classique (DM).
Les premiers travaux réalisés ont porté essentiellement sur la simulation numérique de la DM appliquée à l'étude de la thermodiffusion, ou effet Soret, en fluide libre et en milieu poreux. De ce travail est notamment ressortit que le confinement géométrique n'affecte pas le facteur de thermodiffusion et que l'effet Soret dans les mélanges d'alcanes est principalement du à un effet de masse.
Dans l'optique mentionnée dans l'introduction, trois thèmes ont été ensuite abordés. Deux thèmes ont trait à la dynamique moléculaire classique, l'un concernant l'influence de la description des interactions sur les propriétés thermophysiques dans les fluides et l'autre la simulation/modélisation de propriétés de transport du fluide de Lennard-Jones et son application aux corps réels. En particulier il a été montré qu'un état correspondant existait entre les potentiels de type Mie et Exponentiel au niveau des propriétés de transport et que Lennard-Jones (LJ) était un bon compromis pour les corps simples. De même ont été développées des corrélations basées sur le fluide de LJ permettant d'estimer les propriétés de transport. Cette approche s'est avérée particulièrement efficace quant à l'estimation de la viscosité des gaz acides (H2S, CO2). Le troisième thème concerne la modélisation macroscopique de la dynamique de fluides multiconstituants en milieux poreux pour lequel une approche de type équation Darcy généralisée par espèce a été proposée.
Les activités en cours concernent la prédiction/modélisation de fluides plus complexes avec ou sans interfaces mais également des aspects liés aux simulations multi-échelles/multi-physiques au travers d'un couplage direct entre mécanique des fluides numérique et DM. En particulier à été proposée une approche permettant l'étude de la thermogravitation dans les gisements par simulation moléculaire.

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Kuidjo, Kuidjo Emmanuel Vianney. "Towards a predictive model to reproduce flow regime transitions in gas-liquid flows with Neptune CFD : from a dispersed to a separated regime." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0456.

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Abstract:

Dans les réacteurs nucléaires, divers régimes d’écoulement gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d’interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d’interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l’hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bi-fluide à trois champs dans Neptune CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu’à 0.5 et une emphase est mise sur la prédiction de l’aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d’écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinés
In nuclear reactors, several regimes of gas-liquid flows may occur with some transitions between them. The main challenges associated with simulating these transitions in 3D CFD codes are associated with deformable interfaces of different sizes, accounting for coalescence and breakup interactions between gas structures and developing flow regime independent closure relations. This work aims at modelling and simulating the hydrodynamics of adiabatic gas-liquid flows thanks to a three-field two-fluid model in Neptune CFD. In a first step, a model with one continuous liquid field and two dispersed gas fields for small and large bubbles is used to simulate cap and churn flows with a void fraction up to 0.5 and a focus is put on the interfacial area prediction. In a second step, the second dispersed field is replaced by a hybrid continuous/dispersed field representing both large bubbles and continuous gas regions. The model is validated on several flow regimes in large diameter pipes and in confined rectangular channels

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Lastakowski, Henri. "Impacts de gouttes sur coussins d'air : surfaces super-hydrophobes, chaudes ou mobiles." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00991489.

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Abstract:

Cette thèse concerne l'étude de la dynamique d'impacts de gouttes, dans des situations de friction réduite entre le substrat solide et la goutte liquide. Cette diminution de friction s'est faite au moyen d'un film d'air inséré entre le liquide et le solide. Il existe plusieurs stratégies permettant l'existence de ce film d'air : la première est d'utiliser le phénomène de caléfaction, ou effet Leidenfrost : un liquide approché d'une surface chauffée au delà d'une température critique s'évapore suffisamment rapidement pour pouvoir léviter sur sa propre vapeur, et ainsi être isolé de la surface solide. Dans certaines conditions, les surfaces super-hydrophobes micro-texturées permettent au liquide de rester dans un état "fakir", c'est à dire de n'être en contact qu'avec le sommet de micro-piliers, le reste du liquide demeurant au dessus d'un coussin d'air. Enfin, il a également été constaté que l'écoulement d'air engendré par le mouvement d'une surface solide peut induire une force de portance sur une goutte, et ainsi lui permettre de léviter au dessus de cette surface

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Painmanakul, Pisut. "Analyse locale du transfert de matière associé à la formation de bulles générées par différents types d'orifices dans différentes phases liquides Newtoniennes : étude expérimentale et modélisation." Toulouse, INSA, 2005. http://www.theses.fr/2005ISAT0015.

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Abstract:

De multiples procédés de transfert de matière sont basés sur la dispersion de bulles de gaz dans une phase liquide (contacteurs à bulles). L'objectif général de l'étude est de comprendre les paramètres qui conditionnent le transfert de matière gaz-liquide et donc de maîtriser les performances en condition réelle des contacteurs à bulles. Des outils expérimentaux de caractérisation (analyse d'image) ont été proposés, dans un premier temps, afin d'appréhender l'influence des caractéristiques des membranes flexibles sur l'efficacité du transfert de matière et sur le coût énergétique. L'influence de la physico-chimie (tensio-actifs et vin) a été ensuite étudiée et démontrée sur les paramètres clés que sont le diamètre et la forme de bulles générées, la fréquence de formation, la vitesse d'ascension, le coefficient de traînée et donc l'aire interfaciale d'échange (a). Une nouvelle méthode expérimentale d'obtention du coefficient volumique de transfert de matière (kLa) a été proposée. Couplée à la détermination de l'aire interfaciale (a), elle permet de dissocier les termes kL et a du kLa et donc d'obtenir le coefficient de transfert de matière local côté liquide (kL). Un modèle de prédiction original du coefficient kL basé sur les propriétés physiques et physico-chimiques a été proposé pour comprendre enfin les phénomènes physiques régissant ce paramètre en milieu complexe
A large number of technical applications in water treatment, metallurgy, medicine, and a variety of chemical engineering processes are based on mass transfer unit operation involving a dispersion of the gas bubble into the liquid phase (gas bubble reactors). In this study, the objective is to understand the parameters which control the mass transfer efficiency and thus control the reactor performances used in the industrial operating condition. Firstly, by using the membrane gas sparger comparison techniques (image analysis), the influence of different membrane characteristics on the mass transfer efficiency and on the power consumption is observed. Then, the effect of physical chemistry (surfactant and wine) has been studied in term of the generated bubble sizes and forms, the bubble formation frequency, the terminal bubble rising velocity, the drag coefficient and thus the interfaciale area (a). Regarding to the study of mass transfer, the new experimental method for determining the local volumetric mass transfer coefficient (kLa) has been proposed. The liquid side mass transfer coefficient (kL) can be then deduced from the dissociation of kLa by a obtained experimentally. Finally, an original kL determination model based on the bubble physical properties and the physical chemistry of liquid phase has been proposed to provide a better understanding of this parameter

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Nicolas, Jean-Pierre. "A Molecular Dynamics study of interfaces: from pure liquids to biological membranes." Phd thesis, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003971.

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Abstract:

- Nous avons implementé dans un programme académique une méthode de calcul de la tension interfaciale par dynamique moléculaire (méthode auparavant décrite dans la littérature).

- L'implémentation a été testée sur un système d'interface modèle simple: interface liquide-vapeur d'alcanes. Les résultats donnent une estimation très correcte des tensions interfaciales.

- Nous avons alors étudié une interface entre deux liquides immiscibles, et comparé nos résultats avec les prédictions issues de la théorie des ondes capillaires. Nous proposons une explication du désaccord constaté.

- Ensuite, nous avons etudié la dynamique moléculaire de la surfactine (biosurfactant) à l'interface eau-hexane, en fonction de la concentration interfaciale.

- Enfin, nous avons etudié la topologie et le profil de pression latérale de membranes de tétraetherlipides, en fonction de la stéréochimie des cyclopentanes présents dans le domaine hydrophobique de la membrane.

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Dissertations / Theses on the topic 'Dynamiques interfaciales'

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