Добірка наукової літератури з теми "Anisotropie de croissance"

Abstract The low permeabilities of unconventional reservoirs such as the Montney Formation require hydraulic fracturing to enhance fluid flow and achieve economic production of hydrocarbons. Efficient hydraulic fracturing operations rely on properly characterizing the controlling factors responsible for fracture complexity, fracture conductivity, and fracture dimensions. Since direct observation of fractures in the subsurface are very challenging, technologies have been developed to help characterize fractures in laboratories. However, the scale of these tools is insufficient to capture the fine detail needed to observe how these hydraulic fractures are interacting with the rock fabric, stress state, or fluid viscosity. Presented here is a laboratory experiment designed to evaluate the effects of rock fabric, stress anisotropies, and fluid viscosities using large boulders of Sulfur Mountain Formation (Montney Formation equivalent). These experiments were designed to simulate subsurface conditions and provide an opportunity to directly examine a scaled fracture face. Four large boulders were collected from outcrop and trimmed to fit inside a large stress frame. A borehole was drilled to facilitate the injection of fluids and generate scaled hydraulic fractures. Experiments tested the effects of different stress states, fluid viscosities, and rock fabric on the growth and geometry of hydraulic fractures. Of these factors, the fabric of the rock was the dominant factor controlling hydraulic fracture growth. In all stress regimes, hydraulic fractures were arrested, deflected, or bridged by pre-existing cemented and open natural fractures. Fluid viscosity had a minor effect on fracture complexity, but no discernable difference could be observed between any of the tested stress regimes. Subsurface core data provided additional data to support the laboratory experiments. Hardness measurements showed that finely laminated facies have variable hardness at the lamination scale. Darker laminations with more clay are softer than the more silt-rich light-coloured laminations. The result of this can be observed in both core and outcrop as natural fractures in these facies often display highly irregular geometries. In addition, fracture filling cement was significantly softer than the surrounding rock. The collective result of both core and laboratory data provides valuable insight into the role of rock fabric in the development of hydraulic fractures in the Montney Formation and that is not obtainable from traditional data collection methods. Résumé La faible perméabilité des réservoirs non conventionnels, tels que la Formation de Montney, nécessite la fracturation hydraulique pour améliorer l’écoulement des fluides et réaliser une production d’hydrocarbures rentables. Pour réaliser des opérations de fracturation efficientes, on doit caractériser proprement les facteurs qui régissent la complexité, la conductivité et la dimension des fractures. Puisque l’observation directe des fractures dans la subsurface reste un défi, des technologies ont été mises au point pour mieux caractériser les fractures en laboratoire. Toutefois, l’étendue de ces outils se révèle insuffisante pour saisir les fins détails nécessaires à l’observation de ces fractures hydrauliques qui interagissent avec la fabrique des roches, l’état de contrainte ou la viscosité des fluides. Le présent document expose une expérience en laboratoire conçue pour évaluer les effets de la fabrique des roches, des anisotropies de contrainte et des viscosités de fluides au moyen de gros blocs rocheux extraits de la Formation de mont Sulphur (équivalente à la Formation de Montney). Ces expériences permettent de simuler les conditions en subsurface et d’examiner directement un plan à l’échelle des fractures. Quatre gros blocs rocheux ont été extraits d’un affleurement puis taillés afin de les disposer dans un grand cadre de contrainte. Puis, un trou de sondage a été foré pour faciliter l’injection de fluides et générer des fractures hydrauliques à l’échelle. L’expérience visait à constater les effets de différents états de contrainte, de différentes viscosités des fluides et fabrique des roches sur la croissance et la géométrie des fractures hydrauliques. Entre tous ces facteurs, la fabrique de la roche était le facteur prédominant régissant la croissance des fractures hydrauliques. Dans tous les régimes de contrainte, les fractures hydrauliques ont été arrêtées, déviées ou pontées par des fractures cimentées préexistantes naturelles et ouvertes. La viscosité des fluides avaient eu un effet mineur sur la complexité des fractures, mais aucune différence discernable n’a pu être observée entre tous les régimes de contrainte testés. Les carottes de sondage de la subsurface ont apporté des données additionnelles pour appuyer les expériences en laboratoire. Le duromètre montrait que les faciès finement laminés présentaient une dureté variable à l’échelle de lamination. Les laminations plus foncées avec plus d’argile se révélaient plus molles que celles plus claires, riches en silt. Nous pouvons observer les résultats de ce qui précède dans les carottes de sondage et les affleurements puisque les fractures naturelles de ces faciès affichent souvent des géométrie fortement irrégulières. De plus, le ciment de remplissage des fractures était notablement plus mou que la roche adjacente. Les résultats collectifs des carottes de sondage et du laboratoire nous fournissent un aperçu précieux dans le rôle de la fabrique des roches dans l’évolution des fractures hydrauliques de la Formation de Montney, que l’on ne pourrait obtenir autrement par des méthodes de collecte de données traditionnelles. Michel Ory

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la structure et les propriétés magnétiques de nanoparticules CoxPt1-x épitaxiées sur Au(111). Notre étude de la croissance des nanostructures, réalisée par microscopie à effet tunnel, a montré que l’utilisation d’une surface auto-organisée Au(111) permettait d’obtenir une croissance organisée d’ilots pour des concentrations en platine allant jusqu’à 50%. Nous avons également mis en évidence une modification de la morphologie des nanostructures en fonction de leur composition. En effet, les ilots d’alliage CoxPt1-x présentent une morphologie ambicouche (i. E. La présence simultanée de parties monocouche et bicouche) qui semble propre aux nanostructures d’alliage. Des simulations de dynamique moléculaire nous ont permis de démontrer que cette morphologie résultait de considérations cinétiques. En effet, le cobalt présente un désaccord de paramètre de maille important avec l’or, ce qui lui permet de monter en 2e couche via une faible énergie d’activation. Ainsi, malgré la forte enthalpie de mélange du système (Co, Pt) il se produit une démixtion partielle au sein des nanostructures, avec un enrichissement en cobalt des couches supérieures. L’ajustement de cycles d’aimantation (obtenus par dichroïsme magnétique circulaire des rayons X) en fonction de la température et de l’angle d’application du champ nous a permis de montrer la diminution de l’anisotropie magnétique des ilots en fonction de l’augmentation de la concentration en platine. Nous avons interprété ce résultat via un modèle phénoménologique de paires qui montre que le rapport d’aspect très anisotrope des nanostructures (un ou deux plans atomiques) est à l’origine de cette variation.

La croissance par épitaxie par jets moléculaires de bicouches MnPt/Pt (100) a été étudiée. L'alliage MnPt, de structure chimiquement ordonnée L10 , a été élaboré par codépôt et par dépôt couche par couche. Le codépôt conduit à une structure bivariée d'axes d'anisotropie dans le plan de la couche. Le dépôt couche par couche conduit à une orientation préférentielle de l'axe d'anisotropie perpendiculaire à la couche. La structure magnétique de ces deux types de dépôts a été caractérisée. Des bicouches couplées Fe/MnPt et FeNi/MnPt ont été élaborées. En raison de la compétition entre anisotropies et du couplage d'échange, le comportement angulaire des propriétés magnétiques de la couche ferromagnétique (champs coercitif et d'échange) montre une évolution complexe et une anisotropie induite. Un modèle d'énergie totale a été utilisé pour interpréter ces données expérimentales. Les mécanismes de renversement de l'aimantation ont été mis en évidence par microscopie à force magnétique sous champ. À petite échelle, la compétition entre anisotropie conduit à l'apparition d'ondulations de l'aimantation. Ces dernières ont été observées et interprétées à l'aide d'un modèle. L'effet d'une irradiation par ions légers sur la structure a également été étudié
Molecular-beam epitaxy growth of MnPt/Pt (100) has been studied. The MnPt alloy, chemically-ordered with L10 structure, has beeen elaborated by codeposition and by a multilayer method. The codeposition leads to a twinned structure with in-plane tetragonal axis. The multilayer method gives rise to a favoured out-of-plane orientation of the tetragonal axis. The magnetic structure of each of the two deposited alloys has been characterized. Exchange-coupled Fe/MnPt and FeNi/MnPt bilayers have been elaborated. Due to the competition between intrinsic anisotropies and exchange anisptropy, the angular behaviour of magnetic properties (coercive field and exchange bias) of the ferromagnetic layer shows a complex evolution and an induced anisotropy. A model of total energy has been used to interpret the experimental data. In-field magnetic-force microscopy study of the magnetization shows distinct reversal mechanisms according to the respective orientation of the field and anisotropies. At a low scale, anisotropy competition leads to the appearance of magnetic ripples. The latter have been observed and modelled. The effect of light ion irradiation on the structure has also been investigated

La croissance par épitaxie par jets moléculaires de bicouches MnPt/Pt (100) a été étudiée. L'alliage MnPt, de structure chimiquement ordonnée L10 , a été élaboré par codépôt et par dépôt couche par couche. Le codépôt conduit à une structure bivariée d'axes d'anisotropie dans le plan de la couche. Le dépôt couche par couche conduit à une orientation préférentielle de l'axe d'anisotropie perpendiculaire à la couche. La structure magnétique de ces deux types de dépôts a été caractérisée. Des bicouches couplées Fe/MnPt et FeNi/MnPt ont été élaborées. En raison de la compétition entre anisotropies et du couplage d'échange, le comportement angulaire des propriétés magnétiques de la couche ferromagnétique (champs coercitif et d'échange) montre une évolution complexe et une anisotropie induite. Un modèle d'énergie totale a été utilisé pour interpréter ces données expérimentales. Les mécanismes de renversement de l'aimantation ont été mis en évidence par microscopie à force magnétique sous champ. À petite échelle, la compétition entre anisotropie conduit à l'apparition d'ondulations de l'aimantation. Ces dernières ont été observées et interprétées à l'aide d'un modèle. L'effet d'une irradiation par ions légers sur la structure a également été étudié.

Cette thèse est consacrée à l’étude de nanofils de Co, Ni et d’alliages CoNi auto-assemblés dans une matrice de CeO2/SrTiO3(001). La croissance de ces systèmes est effectuée par ablation laser pulsé. Les nanofils obtenus ont un diamètre compris dans la gamme 1. 5 - 7 nm, en fonction des conditions de croissance. Pour chaque type de nanofils (Co, Ni et alliages CoNi), la composition, la morphologie, la structure cristalline et les propriétés magnétiques ont été étudiées en utilisant une combinaison de techniques (spectroscopie d’absorption X, microscopie électronique en transmission, diffraction des rayons X, magnétométrie). Les nanofils de cobalt sont texturés et anisotropes avec une direction de facile aimantation le long de l’axe. Une corrélation est établie entre la structure des fils et leurs propriétés magnétiques. Elle est étayée par un modèle micro-magnétique de renversement de l’aimantation. Les nanofils de nickel sont monocristallins et épitaxiés dans la matrice. Leur comportement magnétique est très faiblement anisotrope contrairement au Co. Les études structurales révèlent une déformation axiale qui induit une anisotropie magnéto-élastique. Cette contribution magnétoélastique compense l’anisotropie de forme des fils, ce qui est reproduit qualitativement par des simulations micro-magnétiques. Des pistes sont proposées pour éviter cet effet et augmenter l’anisotropie magnétique. Les nanofils d’alliages sont mono-cristallins, épitaxiés et anisotropes magnétiquement. L’anisotropie totale du système peut être contrôlée par la fraction de cobalt dans l’alliage. Finalement, des perspectives ouvertes par ces travaux sont ébauchées
This thesis reports on the study of self-assembled ferromagnetic nanowires of Co, Ni and CoNi alloys embedded in a CeO2/SrTiO3(001) matrix. These systems are grown by pulsed laser deposition. The nanowires have diameters in a 1. 5 -7 nm range, depending on the growth conditions, and densities above 1 Tb/inch2. For each type of nanowires (NWs) assembly (Co, Ni, CoNi alloys), the composition, morphology, crystalline structure and magnetic properties were studied using a combination of techniques (X-ray absorption spectroscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, magnetometry). Co-NWs are textured and anisotropic, with an easy axis along the wire axis. The correlation between the magnetic response and the structure is evidenced and corroborated by means of a model for the mechanism of magnetization reversal. Ni-NWs are monocrystalline and epitaxied with the surrounding matrix. Contrary to Co-NWs, the Ni-NWs are not anisotropic. Structural studies reveal an axial deformation of the Ni lattice. This introduces a magnetoelastic anisotropy term competing with the wires shape anisotropy. The compensation of the different anisotropies in the Ni-NWs is further supported by of micromagnetic simulations. Based on these results, some alternatives to tune the magnetic anisotropy in Ni-NWs are presented. CoxNi1-x alloy NWs, obtained from a combinatorial growth method, are monocrystalline, epitaxied and anisotropic. It is shown that the total magnetic anisotropy of the system can be tuned by controlling the Co content in alloy NWs. Finally, perspectives issued from this work are sketched

L'induction de l'anisotropie dans les verres permet le développement de matériaux optiquement non linéaires pour la génération de seconde harmonique. L'intérêt principal réside dans les avantages que les matériaux vitreux présentent par rapport aux cristaux (mis en forme aisée, faible coût, large gamme de compositions et formes). Différentes techniques ont été utilisées pour induire l'anisotropie dans les verres: le ‘poling DC' (polarisation sous champ électrique continu) et la croissance de nanostructures respectivement sur des verres LBG (La2O3-B2O3-GeO2) et KNS (K2O-Nb2O5-SiO2). Utilisant la spectroscopie Raman et la diffusion des neutrons et des rayons X aux petits angles, nous avons mis en évidence la biréfringence et les effets d'anisotropie induits par le ‘poling' des verres LBG ainsi que des modifications dans les verres nanostructurés. Ces études offrent des perspectives nouvelles pour l'élaboration de matériaux vitreux présentant des propriétés optiques non linéaires

Ce travail presente une etude experimentale de la croissance libre d'un cristal liquide discotique (l'hexaoctyloxytriphenylene) en echantillon mince et en ancrage homeotrope. Grace a la mise au point d'une methode de trempe efficace des echantillons et au developpement d'une nouvelle methode de visualisation tridimensionnelle des germes, on a pu etudier quantitativement les regimes dendritiques et cellulaires jusqu'a la restabilisation absolue du front. Dans le premier regime, a sursaturation inferieure a 0,7, existent deux types de dendrites suivant que le rapport r de la longueur de diffusion des impuretes a l'epaisseur de l'echantillon est grand ou petit. Si r est superieur a 50, les dendrites stationnaires sont bidimensionnelles et leurs caracteristiques (nombre de peclet et constante de stabilite) sont en accord avec la theorie. Si r est inferieur a 10, un film de liquide apparait entre les plaques et les dendrites qui sont alors tridimensionnelles. Leur constante de stabilite diminue et sature vers une valeur bien definie lorsque r est inferieur a 1. Par contre, leur nombre de peclet ne satisfait jamais la loi d'ivantsov tridimensionnelle, ce qui prouve que les dendrites sont encore confinees. A forte sursaturation, la densite des branchements lateraux augmente et la solution dendritique disparait au profit d'un regime de branchements denses (sursaturation comprise entre 0,7 et 1). Dans le regime cinetique, lorsque la sursaturation est superieure a 1, le front est d'abord cellulaire puis restabilise quand la sursaturation est superieure a 4. Nous avons mesure le coefficient cinetique d'attachement moleculaire et son anisotropie et trouve que les axes de croissance facile a grandes et a petites vitesses font entre eux un angle de trente degres. Pour finir, nous presentons une etude complementaire en croissance directionnelle de la cinetique du front. Nous mettons en evidence une transition d'ancrage a grande vitesse qui conduit a une cinetique non lineaire quand les colonnes sont perpendiculaires a l'interface

Des monocristaux de composés magnétostrictifs présentant des déformations et/ou des dimensions réduites sont des matériaux de choix pour l'étude des corrélations entre structure et magnétisme. Dans ce but, nous avons élaboré des couches monocristallines TRFe2(110) par épitaxie par jets moléculaires. La croissance des TRFe2(110) est de type Stranski-Krastanov, sur Al2O3(1120) / Nb(110) / Fe 15Â. RHEED et AFM montrent que la morphologie des nanosystèmes dépend des paramètres d'élaboration (température du substrat, épaisseur nominaale et désaccord paramétrique) et évolue d'un film continu de faible rugosité à des structures isolées anisotropes. La croissance, gouvernée par la diffusion, s'effectue en 2 étapes avec augmentation de la densité de germes puis coalescence. Les couches déposées directement sur la couche tampon sont soumises à un cisaillement [epsilon]xy négatif, d'origine thermique. En revanche, les déformations dans les bicouches TRFe2 / YFe2 obéissent à un modèle élastique. Dans les couches TRFe2(110), spectrométrie Mössbauer et diffraction de neutrons montrent que les directions de facile aimantation sont modifiées par rapport aux matériaux massifs. Une réorientation de spin apparaît dans DyFe2(110) et ErFe2(110), alors que la direction facile ne dépend pas de la température dans les composés massifs correspondants. Pour les composés Terfenol-D et SmFe2 qui présentent une rotation de spin en température à l'état massif, l'amplitude de la rotation est réduite dans les films épitaxiés. Ces observations expérimentales sont modélisées en introduisant une modification de l'énergie magnétoélastique introduite par [epsilon]xy. Les signes de la constante magnétoélastique et du cisaillement gouvernent le caractère perpendiculaire ou parallèle de l'aimantation. Dans un film continu de DyFe2(110), le renversement de l'aimantation est anisotrope et la direction [110] a un caractère facile marqué, Dans le cas de particules isolées, l'aimantation macroscopique présente un comportement plus isotrope.

L'objectif de cette thèse était l'élaboration par croissance auto-assemblée et l'étude des processus de retournement d'aimantation de particules magnétiques modèles de Fer épitaxiées sur une surface (110) de Molybdène. Une étude systématique de la croissance de Fe sur Mo(110)/Al2O3(11-20) sous ultra-vide par Dépôt Laser Pulsé est présentée. Cette étude a permis d'affiner les connaissances de la littérature concernant la croissance de couches continues grâce à des observations STM in-situ, et d'étudier en détail les différentes méthodes permettant d'auto-assembler des nanostructures (plots, bandes). A haute température (Ts>600K), la croissance de Fe sur Mo(110) conduit à la formation d'îlots 3D compacts auto-assemblés qui, comme démontré par un calcul énergétique, présentent la forme facettée et les rapports d'aspect de cristaux de Fe à l'équilibre thermodynamique. A température modérée (300K< Ts< 600k), la croissance de Fe sur Mo(110)est affectée par des limitations cinétiques. Un dépôt à 500K, ou le recuit d'une couche continue déposée à 300K ou à 400K, conduit à la formation de bandes nanométriques de Fe auto-organisées le long des marches de la surface faiblement vicinale de Mo(110). Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié particulièrement les propriétés magnétiques d'îlots 3D compacts de taille sub-micronique. En combinant des mesures macroscopiques, des mesures sur des particules individuelles, et des simulations micromagnétiques, nous arrivons à décrire de façon détaillée la configuration en domaines et les processus de retournement d'une particule individuelle en fonction de ses caractéristiques morphologiques et structurales. Par ailleurs, les propriétés magnétiques de particules qui présentent une rémanence non nulle (petits îlots compacts, bandes auto-organisées de Fer) ont été étudiées à partir des cycles d'hystérésis macroscopiques à l'aide d'une méthode de séparation des contributions réversible et irréversible à la variation d'aimantation.

Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à l'élaboration de réseaux de nanoplots magnétiques, afin d'en étudier les propriétés magnétiques. Les nanoplots sont élaborés sur Au(788), une surface spontanément pré-structurée et qui permet la croissance de réseaux avec un ordre à grande distance et une distribution de taille étroite. La première partie de ce travail consiste à étudier les mécanismes qui conduisent à la croissance organisée sur un réseau de pièges ponctuels. Nous établissons le lien entre la plage de température qui permet d'observer la croissance organisée et les paramètres énergétiques du problème. Ensuite, grâce à des études exhaustives de la croissance en fonction de la température de substrat, réalisées à l'aide d'un Microscope à Effet Tunnel à température variable, nous étudions la croissance du cobalt et du fer sur Au(788). La comparaison avec des simulations multi-échelles (Dynamique Moléculaire, Monte Carlo cinétique) nous permet alors de déterminer les mécanismes atomiques à l'origine de l'organisation. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude du magnétisme des nanostructures que nous savons former, et plus particulièrement à la détermination du lien entre la morphologie des plots et leur énergie d'anisotropie magnétique (MAE). Après une étude sur les limites du modèle du macromoment et du retournement cohérent de l'aimantation habituellement utilisé pour les nanostructures, nous nous intéressons aux propriétés magnétiques de nanoplots contenant une centaine d'atomes de cobalt. Grâce à la mesure de cycles d'hystérésis à différentes températures, nous déduisons la distribution de MAE dans l'échantillon. Celle-ci est large, contrairement à des résultats précédents sur des îlots plus gros. La comparaison avec la distribution de taille des îlots implique une relation non triviale entre la taille des îlots et leur MAE.