Дисертації з теми "Surfondues"
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Alary, Thomas. "Étude de l'impact de gouttes surfondues sur une paroi." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2024. http://www.theses.fr/2024ESAE0008.
Анотація:
La sécurité des vols est un prérequis en aéronautique et le givrage est une des principales sources d’incidents. L’accrétion de givre, créée lors de la collision de gouttes d’eau surfondues présentes dans les nuages, peut détériorer les performances aérodynamiques de l’aéronef, obstruer des capteurs ou endommager les moteurs. Il est donc essentiel de comprendre le phénomène d’impact de gouttes d’eau en conditions givrantes pour pouvoir prédire la quantité de glace qui peut se former et assurer un dimensionnement suffisant des systèmes de protection contre le givre. Ce phénomène a largement été étudié dans la littérature mais seulement pour de faibles vitesses d’impact de goutte. La nouvelle soufflerie givrante de l’ONERA a permis d’accéder à des régimes d’impact de gouttes plus en accord avec la réalité rencontrée par les aéronefs. Cette thèse se concentre sur l’impact de goutte d’eau sur une paroi pour des nombres de Weber et de Reynolds qui varient respectivement de 15 000 à 170 000 et de 11 000 à 45 000. L’étude de l’impact des gouttes d’eau a été réalisée grâce à un système de détection et de visualisation puis avec un Phase Doppler Analyser pour caractériser les gouttes secondaires créées lors de l’impact. L’impact sur une surface sèche et horizontale a été étudié mais d’autres paramètres tels que l’angle d’impact, l’état de surface, la pression du gaz, la température ont été étudiés pour quantifier leurs influences sur le splashing. Il a été montré que pour les gammes de nombres de Reynolds et de Weber investiguées, le résultat du splashing dépend des propriétés de la surface mais également des propriétés de l’air. Une faible pression d’air ou la présence de givre sur la paroi favorise la formation d’une couronne de fluide qui se décolle après l’impact. La campagne de mesure avec le PDA a permis de montrer que les gouttes secondaires générées lors d’un corona splash sont plus grosses que lors d’un prompt splash. Le modèle d’impact de Riboux et Gordillo, qui attribue le splashing à une force aérodynamique s’exerçant sur le fluide qui s’étale lors de l’impact, permet de bien décrire le splashing. Une seconde campagne de mesures se concentrant sur les formes de glace obtenues lors de l’impact de SLD a permis de valider les nouvelles constantes du modèle de taux de dépôt de Trontin et Villedieu déterminer grâce à de nouvelles données de la littératureFlight safety is a prerequisite in aeronautics and icing is one of the main sources of incidents. The accretion of ice created by the collision of supercooled water drops in clouds can deteriorate the aerodynamic performance of the aircraft, obstruct sensors or damage engines. It is therefore essential to understand the phenomenon of water droplet impact in icing conditions to be able to predict the amount of ice that can form and to ensure sufficient sizing of ice protection systems. This phenomenon has been extensively studied in the literature but only for low drop impact speeds. ONERA's new icing wind tunnel has allowed access to drop impact regimes more in line with the reality encountered by aircraft. This thesis focuses on the impact of a water drop on a wall for Weber and Reynolds numbers that vary respectively from 15,000 to 170,000 and from 11,000 to 45,000. The study of the impact of the water drops was carried out thanks to a detection and visualization system of those then with a Phase Doppler Analyser to characterize the secondary drops created during the impact. The impact on a dry and horizontal surface was studied but other parameters such as the impact angle, the surface condition, the gas pressure, the temperature were studied to quantify their influence on the splashing. It was shown that for the investigated Reynolds and Weber number ranges, the splashing result depends on the surface properties but also on the air properties. Low air pressure or the presence of ice on the wall promotes the formation of a fluid corona that splashes off after impact. The measurement campaign with the PDA has shown that the secondary drops generated during a corona splash are larger than for a prompt splash. The impact model of Riboux and Gordillo, which attributes the splashing to an aerodynamic force exerted on the fluid that spreads during the impact, allows to describe the splashing well. A second series focusing on the ice forms obtained during the impact of SLD allowed to validate the new constants of the deposition rate model of Trontin and Villedieu determined thanks to new data from the literature
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Stiti, Mehdi. "Modélisation et développement de diagnostics optiques pour la caractérisation de gouttes surfondues en écoulement ou en interaction avec un substrat sous-refroidi." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0120.
Анотація:
Les phénomènes de givrage qui se produisent sur les aéronefs en vol peuvent constituer un danger majeur dans l’aéronautique. Les principaux problèmes de sécurité qui en résultent sont une visibilité réduite, un blocage des tubes de Pitot et une réduction des performances aérodynamiques. Dans ce contexte, les aéronefs doivent être certifiés pour différentes conditions de givrage susceptibles d’être rencontrées, notamment en lien avec la présence de gouttes surfondues de diamètres supérieurs à 50 µm dans l’atmosphère. Les étapes de certification sont réalisées à l’aide d’essais normatifs en soufflerie givrantes permettant de recréer des conditions aéronautiques givrantes proche de celles rencontrées en vol. Les objectifs des travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la mise en œuvre d’une nouvelle technique optique basée sur la Fluorescence Induite par Laser (LIF) pour la caractérisation de gouttes surfondues : température, détection de leurs états (i.e. liquide, solide ou mixte), caractérisation des gouttes en phase mixte et dynamique du front de solidification dans une goutte impactant un substrat sous-refroidi. Une première technique de LIF, mettant en jeux deux traceurs fluorescents et trois bandes spectrales de détection, permet de mesurer ponctuellement la température de gouttes surfondues en écoulement ainsi qu’estimer la fraction de glace contenue dans une population de gouttes en écoulement. Des mesures réalisées dans des conditions voisines de celles rencontrées en aéronautiques ont été réalisées dans une soufflerie givrante de la DGA Essais-Propulseurs et ont montré la difficulté de reproduire des conditions aéronautiques givrantes réelles (gouttes à l’équilibre thermique avec la phase porteuse). Une seconde technique basée sur l’Imagerie rapide de fluorescence induite par laser (PLIF) a été développée pour l’étude de la solidification d’une goutte impactant un substrat sous-refroidi. Cette nouvelle méthode de PLIF permet d’accéder, pour la première fois, à la dynamique et la morphologie du front de solidification à l’intérieur de la goutte. L’étude a porté sur des impacts de gouttes sur un substrat sec et sur un substrat recouvert d’une couche de glace. Le deuxième cas permet de s’affranchir du phénomène de surfusion de l’eau et donc du caractère aléatoire du déclenchement de la solidification. Les mesures ont montré que l’évolution du front de solidification et les caractéristiques de la pointe formée par la goutte en fin de solidification étaient dépendantes de la nature du substrat (conductivité thermique) et de l’angle de contact goutte/substratIcing phenomena that occur on aircraft in flight can be a major hazard in aeronautics. The main resulting safety problems are reduced visibility, pitot tube blockage and reduced aerodynamic performance. In this context, aircraft must be certified for various icing conditions likely to be encountered, particularly in relation to the presence of supercooled droplets with diameters greater than 50 µm in the atmosphere. The certification stages are carried out using standardised icing wind tunnel tests that make it possible to recreate aeronautical icing conditions close to those encountered in flight. The objectives of the work presented in this manuscript concern the implementation of a new optical technique based on Laser-Induced Fluorescence (LIF) for the characterization of supercooled droplets: temperature, detection of their states (i.e. liquid, solid or mixed), characterization of drops in mixed phase and dynamic of the solidification front in a droplet impacting a subcooled substrate. A first LIF technique, using two fluorescent tracers and three spectral bands of detection, allows to measure the temperature of supercooled droplets in flow as well as to estimate the fraction of ice contained in a population of droplets in flow. Measurements carried out in conditions similar to those encountered in aeronautics were performed in an icing wind tunnel of the DGA Essais-Propulseurs and showed the difficulty of reproducing real aeronautical icing conditions (droplets in thermal equilibrium with the carrier phase). A second technique based on Laser Induced Fluorescence Fast Imaging (PLIF) was developed to study the solidification of a droplet impacting a subcooled substrate. This new PLIF method provides, for the first time, access to the dynamics and morphology of the solidification front inside the droplet.The study focused on droplet impacts on a dry substrate and on a substrate covered with an ice layer. The second case allows to get rid of the phenomenon of water supercooling and thus of the random character of the solidification triggering. The measurements showed that the evolution of the solidification front and the characteristics of the tip formed by the droplet at the end of solidification were dependent on the nature of the substrate (thermal conductivity) and the angle of contact between the droplet and the substrate
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Dehaoui, Amine. "Viscosité de l'eau surfondue." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10172/document.
Анотація:
L'eau est un liquide omniprésent, son omniprésence n'a d'équivalence que la multitude de ses secrets. En effet, dans le cas de l'eau, le comportement de nombreuses grandeurs thermodynamiques et dynamiques se différencie de celui des liquides « standard ». Cette différence est d'autant plus importante dans l'état dit surfondue. Dans cette thèse, on s'intéresse à la viscosité de l'eau légère et lourde dans l'état surfondue à pression atmosphérique. Pour ce faire, nous avons utilisé la méthode de microscopie dynamique différentielle. Nous avons ainsi pu mesurer la viscosité jusqu'à -34°C pour l'eau légère et -25°C pour l'eau lourde. Ces mesures de viscosité corrélées à des mesures de coefficient d'auto-diffusion nous ont permis de confirmer l'existence d'une anomalie dite violation de Stokes-EinsteinWater is an omnipresent liquid, indeed secrets of water are uncountable. In the water case, the behaviour of many thermodynamical and dynamicalquantities is very different from other standard liquids. This difference is more important in the supercooled state. In this thesis we focus on the viscosity of the heavy and light water into the supercooled state at atmospheric pressure. To do this we use the differential dynamic microscopy method. We were able to measure the viscosity to -34 C for light water and -25°C for heavy water. These viscosity measurements correlated to measurements of self-diffusion coefficient allowed us to confirm the existence of a so-called anomaly violation Stokes-Einstein
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Maabou, Serge. "Eau surfondue et (bi)polarons dans les nanostructures." Angers, 2006. http://www.theses.fr/2006ANGE0023.
Анотація:
Nous étudions par dynamique moléculaire la présence des hétérogénéités dynamiques dans l'eau surfondue. Nous utilisons le récent modèle TIP5P de Mahoney et Jorgensen qui est aujourd'hui le potentiel qui reproduit le mieux les propriétés de l'eau que nous étudions. Les résultats de nos simulations sont en bon accord avec ceux obtenus expérimentalement ce qui nous a permis de valider notre programme. Par la suite, nous montrons l'existence d'hétérogénéités dynamiques dans l'eau surfondue. Nous avons étudié les agrégations dynamiques des molécules de mobilités différentes. Nous observons l'agrégation dynamique des molécules les plus mobiles ainsi que leurs mouvements sous forme de chaînes d'hétérogénéités. Les molécules les moins mobiles quant à elles forment des groupements dont la taille augmente lorsque la température baisse. Nous observons la présence de deux temps caractéristiques associés au deux types d'hétérogénéités et évoluant différemment. Nous montrons la présence d'effets de taille finie dans l'eau surfondue qui s'accroissent lorsque la température baisse. Dans l'autre partie de ce travail, nous avons étudié les propriétés des porteurs de charges dans les nano structures de type OD, 1D, 3D. Nous effectuons des calculs théoriques des caractéristiques (énergie et masse) du (bi)polaron dans les nanostructures à l'aide de la méthode variationnelle de Feynman. Nous obtenons la relation entre ces caractéristiques, le rayon, l'anisotropie et la constante de couplage électron-phonon de Fröhlich. Par optimisation numérique, nous montrons l'évolution de ces caractéristiques au fondamental de niveaux d'énergies. Nous développons une théorie de photoluminescence assisté par des phonons dans un nano cristal sphérique pour différents mécanismes d'interaction entre les électrons et les phononsWe investigate the presence of dynamical heterogeneities in supercooled water with molecular dynamics simulation. The new water model TIP5P proposed by Mahoney and Jorgensen which reproduces well water properties is used. We validate our simulation by a compartive study of our results and those obtained in experiments. Thereafter, We show the existence of dynamic heterogeneities in supercooled water. We then studied dynamic aggregations of the molecules of different mobilities and find a string-like dynamics for the most mobile molecules and also dynamical aggregation of the least mobile molecules. The two kinds of dynamical aggregation appear however to be very different. We observes two different times characteristic associated to the two types of heterogeneities. Many sizes of boxes are used for simulations and we show the finite size effect on static and dynamic properties of supercooled water. In the second part of this work, we studied the properties of the charge carriers in mesoscopic structures type OD, 1D, 3D. Using Feynman variational method we carry out theoretical calculations of the characteristics (energy and mass) of the (bi)polaron in nanostructures. We obtain the relation between these characteristics, radius, anisotropy and the Fröhlich electron-phonon coupling constant. By numerical optimization, we obtained that the ground state energy and mass of (bi)polaron increase with the coupling constant and confinement frequency. We developed a theory of photoluminescence assisted by phonons in a spherical nano crystal for various mechanisms of interaction between the electrons and the phonons
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Brun, Coralie. "Des liquides surfondus aux verres : étude des corrélations à et hors équilibre." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664998.
Анотація:
Lorsqu'un liquide est refroidit suffisamment vite, la cristallisation peut être évitée. On a alors un liquide surfondu dont le temps de relaxation augmente fortement quand la température diminue vers la température de transition vitreuse Tg. En-dessous de Tg, le systèmeest dans l'état vitreux. Il vieillit : son temps de relaxation augmente au cours du temps. L'existence d'une longueur de corrélation croissante associée au ralentissement de la dynamique des liquides surfondus (ou des verres) est une des grandes questions toujours ouvertes dans la physique de la transition vitreuse. Des arguments théoriques très généraux ont montré que la mesure de la susceptibilité alternative non linéaire d'ordre trois des liquides surfondus (ou des verres) donnait directement accès à la longueur de corrélation dynamique. Nous avons mis au point une expérience à haute sensibilité permettant d'accéder à deux susceptibilités diélectriques non linéaires d'ordre trois près de Tg. Nos résultats obtenus sur du glycrol surfondu sont quantitativement en très bon accord avec les prédictions théoriques. Ils montrent que la longueur de corrélation dynamique augmente lorsque T diminue vers Tg. En dessous de Tg, l'étude du vieillissement d'une des susceptibilités non linéaires nous a permis de mettre en évidence que la longueur de corrélation dynamique augmente au cours du temps. Ces résultats renforcent le scénario selon lequel la transition vitreuse serait liée à un point critique sous-jacent, ce qui expliquerait l'ubiquité du comportement vitreux dans la nature.
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Ribeiro, Joao-Paulo. "Contribution à l’étude thermique et dynamique de la cristallisation de l’eau surfondue." Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3027.
Анотація:
Depuis la confirmation de la contribution des fluides frigorigènes aux problèmes environnementaux, des techniques se développent pour réduire leur impact, notamment par l’emploi d’un fluide secondaire dans les installations frigorifiques tel que le coulis de glace. Parmi les méthodes de production d’un tel fluide, il y a celle fondée sur la cristallisation de l’eau à la rupture de surfusion. Afin d’en contrôler les performances, des connaissances sur les aspects phénoménologiques de la rupture de surfusion sont nécessaires, et plus particulièrement sur les effets dynamiques et thermiques de la cristallisation au moment de la rupture de surfusion. Dans ce contexte, l’ouvrage présente des études expérimentales sur la rupture de surfusion de l’eau. Dans un premier temps, des visualisations ont permis de visualiser la manière dont le coulis de glace est obtenu. Dans un second temps, une étude de la cristallisation d’une masse d’eau soumise à différents degrés de surfusion dans un canal capillaire a permis d’analyser l’aspect thermique du phénomène et l’évolution dynamique de l’interface liquide-solide. Dans une dernière partie, le développement d’une simulation numérique décrivant les phénomènes thermiques et dynamiques qui se manifestent à la rupture de surfusion est présentéSince the confirmation of the refrigerants contribution to the environmental problems, techniques develop to reduce their impact, in particular by the use of a secondary fluid in refrigeration plants. Among the methods of production of such a fluid, there is that based on the crystallization of water at the supercooling breakdown. In order to control the performances of them, knowledge on the phenomenological aspects of supercooling breakdown are necessary, and more particularly on the dynamic and thermal effects. In this context, the work presents experimental studies on the supercooling breakdown. Initially, visualizations allowed to observe the way in which ice slurry is obtained. In the second time, a study of the crystallization of a mass of water subjected to various degrees of supercooling in a capillary channel permit to analyze the thermal aspect of the phenomenon and the dynamic evolution of the interface liquid-solid. In a last part, the development of a model describing the thermal and dynamic phenomena which appear at the supercooling breakdown is presented
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Zouzou, Nichet Alexandre. "Modélisation de la congélation d'un film fluide soumis à une précipitation surfondue /." Thèse, Chicoutimi : Université du Québec à Chicoutimi, 1996. http://theses.uqac.ca.
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Simard, Luc. "La production d'eau surfondue dans un évaporateur hélicoïdal exploitant l'ébullition par film mince." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1999. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape8/PQDD_0002/MQ42015.pdf.
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Aubry, Clémantyne. "Multiplatform radar-lidar synergistic retrieval for liquid and mixed-phase clouds." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASJ008.
Анотація:
Les nuages jouent un rôle important dans le cycle de l'eau et le bilan radiatif de la Terre, et tendent à légèrement refroidir le climat. Cependant, de nombreuses incertitudes demeurent concernant leurs rétroactions et leur évolution dans le contexte du réchauffement climatique. Les nuages de phase mixte représentent notamment une part significative de l'effet radiatif des nuages. Ils sont constitués d'un mélange de cristaux de glace, de gouttelettes d'eau surfondues et de vapeur d'eau. Cette coexistence implique des processus complexes et la fraction de liquide et de glace affecte de manière significative leurs propriétés radiatives. Cette complexité les rend difficiles à représenter dans les modèles numériques, introduisant des biais significatifs. Il est donc crucial de mieux comprendre les processus microphysiques de ces nuages pour réduire les incertitudes des prévisions climatiques et météorologiques.Pour observer les nuages, il existe plusieurs types d'instruments, tels que les sondes in situ (directement au contact des hydrométéores) et les instruments de télédétection (observations distantes). Les radars et les lidars nous permettent d'obtenir des informations résolues en distance et peuvent être embarqués à bord d'avions ou de satellites, offrant ainsi couvertures régionale et globale. Les radars nuages travaillent à des fréquences (35 et 95GHz) auxquelles la réflectivité est sensible à la taille des particules, impliquant une réflectivité plus élevée pour les grosses particules nuageuses (les cristaux de glace) que pour les petites particules (les gouttelettes d'eau). Les lidars, quant à eux, fonctionnent habituellement entre 355 et 1064 nm et sont globalement plus sensibles à la concentration des particules. Ainsi, la rétrodiffusion lidar est plus élevée pour les particules très concentrées, telles que les gouttelettes d'eau. Leur synergie permet de tirer avantage des forces et des faiblesses de chacun pour restituer les propriétés des nuages. Cependant, ces propriétés ne sont pas directement accessibles à partir des mesures et des algorithmes de restitution sont donc utilisés pour relier les mesures aux propriétés microphysiques.Cette thèse propose une nouvelle méthode synergique radar-lidar dédiée à la restitution des propriétés des nuages d'eau surfondus, de glace et de phase mixte. Sur la base d'une méthode existante mais dédiée uniquement aux nuages de glace, une nouvelle approche permettant d'inclure à la fois l'eau surfondue et les situations de phase mixte a été développée. La première étape a été d'adapter et d'améliorer la classification servant à identifier la nature des particules observées. Ensuite, de nombreuses adaptations ont été apportées à l'algorithme afin de restituer séparément les propriétés des cristaux de glace et de l'eau surfondue. Cette approche est basée sur les sensibilités différentes du radar et du lidar vis-à-vis des deux types d'hydrométéores : les cristaux de glace dominent le signal radar tandis que l'eau surfondue domine le signal lidar.Afin d'évaluer cette nouvelle méthode, les restitutions sont comparées à des mesures in situ, provenant d'observations colocalisées et de la littérature. La première étude compare les restitutions obtenues à partir des données satellites CloudSat-CALIPSO avec des mesures in situ aéroportées colocalisées. Cette étude montre que les restitutions radar-lidar suivent les mêmes tendances que les mesures in situ et fournissent des résultats prometteurs avec un pourcentage d'erreur moyen de 49 % pour le contenu en eau liquide et 75 % pour le contenu en glace et ce malgré des échelles de mesures différentes et une colocalisation imparfaite. La méthode développée est également appliquée aux plateformes aéroportées Française et Allemande RALI et HALO. Les premiers résultats sont prometteurs et les données in situ colocalisées obtenues lors de campagnes récentes pourront être utilisées pour évaluer davantage l'algorithme et améliorer son paramétrageClouds play an important role in the Earth's water cycle and radiation balance, and tend to cool the climate slightly. However, there are still many uncertainties about their feedbacks and their evolution in the context of global warming. In particular, mixed-phase clouds account for a significant proportion of the cloud radiative effect. They are composed of a mixture of ice crystals, supercooled water droplets and water vapor. This coexistence involves complex processes and the fraction of liquid and ice significantly affects their radiative properties. This complexity makes them difficult to represent in numerical models, which introduces significant biases. For this reason, it is crucial to better understand the microphysical processes of these clouds to reduce the uncertainties in climate and weather forecasts.To observe clouds, several instrument types exist, such as in situ probes (in direct contact with the hydrometeors) and remote sensing instruments (remote observations). Radar and lidar allow us to obtain distance-resolved information. They can be deployed onboard aircraft or satellites, providing regional and global coverage. Cloud radars work at frequencies (35 and 95 GHz) at which the reflectivity is sensitive to particle size, implying higher reflectivity for large cloud particles (ice crystals) than for small particles (water droplets). Lidars, on the other hand, usually operate between 355 and 1064 nm and are generally more sensitive to particle concentration. As a result, lidar backscatter is higher for highly concentrated particles, such as water droplets. Their synergy allows us to take advantage of the strengths and weaknesses of each instrument to retrieve cloud properties. However, these properties are not directly accessible from measurements and retrieval algorithms are therefore used to relate measurements to microphysical properties.This thesis proposes a new radar-lidar synergistic method dedicated to retrieve supercooled water, ice and mixed-phase cloud properties. Based on an existing method dedicated solely to ice clouds, a new approach has been developed to include both supercooled water and mixed-phase situations. The first step was to adapt and improve the classification used to identify the nature of the observed particles. Next, numerous adaptations have been applied to the algorithm to retrieve separately ice crystals and supercooled water properties. This approach is based on the different sensitivities of radar and lidar to the two types of hydrometeors: ice crystals dominate the radar signal while supercooled water dominates the lidar signal.To assess this new method, the retrievals are compared to in situ measurements from co-located observations and the literature. The first study compares retrievals from CloudSat-CALIPSO satellite data with collocated in situ airborne measurements. This comparison shows that the radar-lidar retrievals follow the same trend as the in situ measurements and provide promising results with mean percent error of 49 % for liquid water content and 75 % for ice water content, despite the quite different measurement scales and imperfect collocation. Additionally, this has been applied to the French and German airborne platforms RALI and HALO. These first results are promising and the collocated in situ data collected during recent campaigns can be used to further assess the algorithm and improve its parameterization
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Dufour, Jacques. "Développement d'un dispositif de viscosimétrie par cisaillement téléscopique : application à l'étude des liquides sous refroidis." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10003.
Анотація:
La variation thermique de la viscosite des liquides sous refroidis est un argument essentiel dans le developpement des modeles theoriques concernant la dynamique de ces liquides et la transition vitreuse. Plus generalement le domaine concerne est celui des milieux denses desordonnes qui peuvent etre de diverses natures. Cet argument est utilise par des theories tres recentes aussi bien que par les modeles classiques plus anciens. Nous developpons une methode de mesure qui permet d'etudier la viscosite par une technique unique derivee de la penetrometrie, et cela depuis le voisinage de la transition vitreuse jusqu'aux valeurs correspondant a l'etat liquide ordinaire. Ainsi se trouve corrige un defaut courant dans les valeurs experimentales disponibles, qui resultent souvent de l'emploi de techniques tres differentes. Les mesures que nous avons effectuees confirment la validite de la methode sur une etendue de mesure considerable et permettent de participer a la discussion des modeles les plus recents. Elles nous conduisent cependant a une position reservee quant a la capacite de trancher definitivement entre les diverses theories a partir de ce seul critere
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Gauthier, Laurent. "Exemple d'étude structurale et dynamique en phase liquide et liquide surfondu : quinoléine et lépidine." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10151.
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Kadiri, Yasser Bretonnet Jean-Louis Jakse Noël. "Contribution à l'étude des effets à trois corps sur la structure et la thermodynamique des liquides surfondus et amorphes." [S.l.] : [s.n.], 2001. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/2001/Kadiri.Yasser.SMZ0136.pdf.
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Dumas, Olivier. "Étude de la croissance du grain équiaxe dans les alliages surfondus : application à l'alliage Ag-Cu." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0196.
Анотація:
Un bain liquide surfondu solidifie frequemment par l'intermediaire de grains equiaxes (petits solides apparus au sein du liquide, et non au niveau de ses surfaces limitantes). Hormis aux surfusions evanescentes, un grain equiaxe se presente sous la forme d'un milieu ramifie solide-liquide, dont le developpement est assure par l'avancee de pointes dendritiques. Leur vitesse s'estime a partir de la loi d'ivantsov et d'un critere de stabilite ; en se limitant a des pointes chimiques, il est necessaire de verifier que la presence de sources solutales (milieu ramifie, pointes voisines) ne viendra pas perturber l'homogeneite chimique du liquide a hauteur de la pointe, pour pouvoir appliquer la relation d'ivantsov. Par ailleurs, le grain rejette de la chaleur latente (dont resulte la recalescence). Si les pointes sont degagees de la couche thermique de ce rejet, elles ne sont plus rechauffees (pointes libres). La partie theorique de cette these, incluant une modelisation numerique du developpement du grain, a permis d'aboutir a la conclusion que c'est la taille du domaine de croissance alloue a un grain, comparee aux longueurs caracteristiques des rejets, qui va dicter la nature du regime dendritique. Dans la partie experimentale de cette these, la mise au point d'une procedure d'obtention de fortes surfusions sur des masses importantes d'ag-cu a permis de realiser de nombreux cyclages fusion-solidification balayant de larges plages de surfusion et de concentration. Les recalescences resultantes ont ete recueillies. Le critere de stabilite fait appel a une constante de stabilite, qui, selon certaines theories, depend de l'anisotropie de la tension de surface solide/liquide. Il a ete etudie si les profils de recalescence experimentaux pouvaient s'interpreter de maniere coherente a l'aide du modele numerique, en se servant de la constante de stabilite comme parametre ajustable et dans une hypothese de monocristallinite. Cette derniere a pu s'estimer sur des coupes metallographiques
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Gibout, Stéphane. "Méthodes inverses de calcul appliquées à l'étude des transferts thermiques lors de la cristallisation de liquides dispersés surfondus." Pau, 2001. http://www.theses.fr/2001PAUU3035.
Анотація:
Il est bien connu que les gouttes dispersées dans une émulsion présentent, du fait de leur faible dimension, une surfusion importante, les cristallisations survenant de façon aléatoire. Ainsi, la connaissance de la probabilité de cristallisation j(t) est essentielle à la modélisation des transferts thermiques dans l'émulsion au cours d'un refroidissement. Classiquement, j(t) est déterminé par une méthode calorimétrique, qui est longue et délicate à mettre en œuvre. Nous présentons ici une nouvelle méthode de détermination de j(t), basée sur une approche inverse. Après avoir présenté la théorie de la nucléation et défini la probabilité de cristallisation, nous détaillons le modèle décrivant le refroidissement d'une émulsion placée dans une cellule cylindrique refroidie. L'identification de la probabilité de cristallisation est réalisée de façon itérative en ajustant les paramètres caractéristiques de j(t) de sorte que la réponse du modèle soit la plus proche possible de la mesure expérimentale. L'algorithme d'identification mis en œuvre s'appuie sur la méthode de Gauss-Newton et utilise une approche de type Levenberg-Marquardt. Ainsi, la direction de recherche est adaptée en continu, rendant la méthode à la fois robuste et rapide. Une analyse complète de l'influence de différentes sources d'erreurs, permet ensuite d'estimer la qualité de la solution. Dans un premier temps, nous effectuons une série d'inversions à partir de données simulées afin d'appréhender le comportement de l'algorithme. Ces résultats nous permettent de concevoir de manière optimale le dispositif expérimental (nombre et position des capteurs en particulier) et de définir les conditions de mesure les plus favorables à l'identification. La méthode est ensuite validée en déterminant la probabilité de cristallisation d'une émulsion d'hexadécane à partir de mesures expérimentales. Une comparaison avec le résultat obtenu par calorimétrie est finalement réalisée.
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Merabia, Samy. "Hétérogénéités dynamiques dans les liquides surfondus : transition vitreuse dans les films fins, vieillissement : propriétés mécaniques des élastomères chargés." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112274.
Анотація:
Nous montrons que le caractère hétérogène de la dynamique observé expérimentalement près de la transition vitreuse permet d'interpréter au sein d'une vision unifiée la dynamique de liquides surfondus dans la masse aussi bien qu'en volume, à l'équilibre et hors d'équilibre (vieillissement), ainsi que les propriétés physiques des caoutchoucs chargés. Nous avons tout d'abord calculer, au sein du modèle de Long et Lequeux, l'échelle spatiale ainsi que la distribution des temps de relaxation associées à l'hétérogénéité dynamique. Dans le cas de films minces, nous avons décrit en détailles mécanismes de relaxation près de la transition vitreuse et en particulier prédit la température de transition vitreuse Tg en fonction de l'épaisseur et de l'énergie d'interaction entre le polymère et le substrat. Nous avons ensuite prédit, dans la continuité du modèle de Long et Lequeux, l'évolution de l'état microscopique du système au cours d'un saut en température ou après un saut en pression. Nous avons montré qu'un même mécanisme physique permet d'interpréter: 1) le fait que le temps de relaxation dominant à l'équilibre est une fonction de la densité moyenne et de la température 2) la cinétique de fusion d'un polymère vitreux 3) l'évolution du volume au cours d'une réchauffe d'un polymère vitreux (effet Kovacs). Enfin, le modèle de transition vitreuse aux interfaces et de vieillissement nous a permis de proposer un modèle physique de caoutchouc chargé qui rende compte des propriétés de renforcement dans le régime linéaire ainsi que dans le régime non linéaire non destructif (effets Payne et Mullins, plasticité)We show that the heterogeneous nature of the dynamics near the glass transition allows to interpret in an unified view the dynamics of supercooled liquids in the bulk and in thin films, at equilibrium and out of equilibrium (aging) and also to understand the mechanical properties of filled elastomers( rubbers). We have first calculated, within the Long and Lequeux model, the length scale and the relaxation time distribution associated with the dynamical heterogeneities. This has allowed us to interpret quentitatively small probes diffusion experiments near the glass transition. In the case of thin films, we have described in details the relaxation mechanisms that take place near the glass transition and in particular we have predicted the glass transition temperature Tg as a function of the thickness of the film and the interaction energy between the polymer and the substrate. Next, we have predicted the evolution of the microscopic state of the system during a temperature jump or after a pressure jump. We have shown that the same physical mechanism allows to interpret: 1) the dependance of the equilibrium dominant relaxation time in the mean density and in the temperature 2) the melting kinetics of a glassy polymer 3) the evolution of the volume during a positive temperature jump (Kovacs effect). Finally, in the continuity of this work, we have proposed a physical model for filled elastomers. This model accounts for the reinforcement properties of the system, both in the linear and in the non linear regime and for the plastic behaviour (in the non-destructive regime of deformation)
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Le, Grand Arnaud. "Etude de la dynamique de différents liquides surfondus par diffusion de la lumière à température et pression variables." Paris 7, 2005. http://www.theses.fr/2005PA077148.
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Kadiri, Yasser. "Contribution à l'étude des effets à trois corps sur la structure et la thermodynamique des liquides surfondus et amorphes." Metz, 2001. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2001/Kadiri.Yasser.SMZ0136.pdf.
Анотація:
Le travail présenté dans cette thèse concerne l'étude des effets des interactions à trois corps sur les propriétés structurales et thermodynamiques durant les transformations liquide-liquide surfondu et liquide-amorphe. Pour réaliser cette étude nous avons utilisé la dynamique moléculaire qui est une méthode de simulation donnant accès directement aux propriétés physiques à partir des interactions. Ainsi, elle permet de tester à la fois les développements théoriques et les potentiels d'interaction par comparaison à l'expérience. Afin d'augmenter la précision des calculs, nous avons traité des systèmes à grand nombre de particules. Ceci a été réalisable dans des temps raisonnables en utilisant une version parallèle du code de la dynamique moléculaire avec une méthode de décomposition spatiale de la boîte de simulation. Notre étude a été appliquée tout d'abord aux gaz rares, c'est-à-dire à l'argon, au krypton et au xénon. Les interactions entre atomes, de nature bipolaire, sont décrites à l'aide du potentiel de paire d'Aziz et Slaman (AS) auquel on ajoute le potentiel à trois corps d'Axilrod-Teller (AT). Il est reconnu que ce modèle est très bien adapté à l'étude de ces systèmes. Le potentiel AT pouvant être découplé du potentiel AS nous avons pu mettre en évidence son influence dans les états liquide, surfondu et amorphe et sur la température de transition vitreuse Tg. En particulier, le potentiel AT a pour effet d'augmenter TG pour tous les gaz rares. Par ailleurs, son utilisation ne contredit pas la loi des états correspondants, ce qui confère un caractère universel au modèle AS+AT pour tous les gaz rares. Nous avons également entrepris l'étude du silicium liquide et surfondu et du germanium liquide à l'aide du potentiel de Stillinger-Weber (SW), qui contient une contribution à deux et à trois corps. Pour ces matériaux covalents, les interactions à trois corps sont prépondérantes et ne peuvent pas être découplées du potentiel de paire. Pour le silicium, nous avons modifié le paramètre de taille du potentiel SW, ce qui nous a permis de décrire avec une bonne précision la structure en surfusion, par comparaison avec les récentes expériences réalisées en surfusion. Nous avons pu montrer que l'apparition d'un double épaulement sur la fonction de corrélation de paire dans ces états doit être accompagnée d'une forte augmentation de la densité. Pour le germanium, nous avons modifié le paramètre du SW qui contrôle l'importance relative du potentiel à deux corps et de celui à trois corps, afin d'obtenir une bonne estimation du point de fusion. Cette nouvelle paramétrisation prédit correctement les propriétés structurales et ouvre la voie pour une étude plus complète de ce systèmeThis thesis is devoted to the study of the three-body interactions on the structural and thermodynamic properties, during liquid-supercooled liquid and liquid-amorphous transformations. In this work, we use molecular dynamics simulations that gives a direct acces to the physical properties from the interactions. Therefore, both the theoretical developments and the potential can be tested by comparison with the experiment. In order to increase the accuracy of the calculations, we handled a large number of particle using a parallel version of the molecular dynamics code with a spatial decomposition of the simulation box. Our study was fisrt applied to rare gases, namely argon, krypton and xenon. The interactions between atoms, wich are dipolar in origin, are described by the Aziz and Slaman (AS) pair potential combined to the Axilrod-Teller (AT) three-body potential. It is well known that this model (AS+AT) is adapted to the study of these systems. As the AS and AT potentials cand be separated, we were able to show its influence in the liquid, supercooled and amorphous states as well as on the vitreous transition temperature Tg. In particular, the AT potential has the effect of increasing TG for all the rare gases. Thus, its use does not contradict the law of the corresponding states, wich confers an universal character on the AS+AT model for the rare gases. We also study liquid and supercooled silicon as well as liquid germanium with the Stillinger-Weber (SW) potential, wich contains both the two- and the three-body contributions. For these covalent materials, the three-body interactions are preponderant and can not be separated from the pair potential. For silicon, we have modified the SW parameter, allowing us to describe with a good accuracy the structure in supercooled states, compared with recent experiments. We were able to show that the double shoulder on the pair correlation function in this states should be accompanied by a strong increase of the density. For germanium, we have modified the parameter of the potential SW, wich controls the relative importance of the two- and three-body potentials, to obtain a good prediction of the melting point. This parameterization predicts correctly the structural properties and opens the way for a more complete study of this system
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Carmona, Patrick. "Etude des états métastables et hors d'équilibre des électrolytes aqueux LiCl, RD2O et BeCl2, RD2O par une caractérisation structurale." Lyon 1, 1989. http://www.theses.fr/1989LYO10029.
Анотація:
La metastabilite des electrolytes aqueux licl, r h#2o a basse temperature est etudiee essentiellement par une caracterisation structurale de l'ordre a courte et moyenne distance. Apres avoir rappele les criteres thermodynamique et cinetique qui definissent les conditions de metastabilite, nous presentons les moyens de caracterisation structurale par diffraction et diffusion de neutrons. Une discussion sur la structure du liquide du systeme licl, r d#2o montre que les compositions particulieres r=6 et r=4 entrainent une structure tetraedrique de la premiere couche d'hydratation du cation li#+ hydrate qui est difficile a destabiliser. L'etude du liquide sous refroidi montre que cet etat metastable peut atteindre un etat d'equilibre jusqu'a une temperature limite invariante t#o. Au-dela de t#o, le liquide sous refroidi est defini par un ordre local caracteristique d'un effet de dilatation et d'un ordre semi-local caracteristique de l'existence des fluctuations de concentration et de densite, sensible a la creation de germes stables. L'etude par diffraction et diffusion centrale de neutrons de la branche glace du diagramme de phases (r=6) permet d'analyser la precipitation de l'eau et la structuration de la glace. Nous montrons que dans le domaine de transition vitreuse, limite par t#o, des etats de non-equilibre sont atteints, caracterises essentiellement par une modification de la structure locale. Cettemodification est attribuee pour r>6, a des etats locaux ou la connectivite des molecules d'eau adjacentes se modifie. En conclusion, nous essayons de definir les conditions qui doivent permettre de maitriser la nucleation a partir d'un systeme hors d'equilibre
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Berthelard, Romain. "Viscosité, auto-diffusion et leur découplage dans des solutions aqueuses de glycérol ainsi que dans l’eau pure surfondue sous pression." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1182.
Анотація:
L’eau est le liquide le plus commun qui soit mais l’ensemble de ses propriétés ne sont toujours pas élucidées. En particulier, l’eau présente un grand nombre d’anomalies par rapport aux autres liquides, certaines se trouvant particulièrement exacerbées dans l’état surfondu (liquide à une température inférieure à celle de fusion). Au cours de ce travail, on introduit du glycérol dans l’eau en faible quantité (entre 10% et 50% en masse), ce qui a pour conséquence de repousser le point de fusion et celui de nucléation homogène. On mesure deux propriétés de ces solutions : la viscosité et l’auto-diffusion. La première caractérise la propriété macroscopique de résistance à l’écoulement, tandis que la seconde caractérise le phénomène microscopique de diffusion des molécules dans la solution. Ces deux grandeurs sont habituellement liées par la relation de Stokes-Einstein (RSE) dans des conditions usuelles de température et de pression au sein des liquides. La viscosité des solutions eau-glycérol est mesurée par une technique optique : la Microscopie Dynamique Différentielle (DDM). Le mouvement brownien de colloïdes dans la solution eau-glycérol est caractérisé par un coefficient de diffusion dont la mesure permet de déduire la viscosité. La viscosité des mélanges eau-glycérol croît quand la température décroît. À température donnée, elle augmente quand la concentration augmente. L’évolution de la viscosité en fonction de la température des solutions de faible concentration (< 20% en masse) suit le même type de loi que pour l’eau pure. Pour des concentrations plus élevées, la viscosité suit un autre type de comportement. L’augmentation de la concentration en glycérol cause donc un changement de dynamique des solutions surfondues. La diffusion mutuelle des molécules caractérise leur mobilité. Elle est caractérisée par le coefficient d’intra-diffusion dans un mélange et d’auto-diffusion pour un corps pur. On mesure l’intra-diffusion dans des solutions de glycérol, de concentrations allant de 1% à 50% en masse, grâce à la technique NMR-PGSE. La diffusion de l’eau et du glycérol dans le mélange augmentent avec la température quelle que soit la concentration. À haute température, la diffusion diminue quand la concentration en glycérol augmente. À basse température, dans l’état surfondu et pour de faibles concentrations (1% en masse de glycérol) la diffusion du glycérol connaît une diminution plus rapide que pour les autres concentrations et la même tendance se dessine pour l’eau dans les mêmes conditions. Connaissant désormais la viscosité des solutions eau-glycérol à basse température et le coefficient de diffusion des molécules il est possible de déterminer l’évolution de la RSE en fonction de la température. Elle systématiquement violée pour les molécules d’eau, quelle que soit la concentration pour des températures inférieures à 273 K. Les molécules de glycérol présentent le même type de violation de la RSE que l’eau pour des concentrations de 30% et 50% en masse. À 10% en masse, la relation est cependant respectée jusqu’aux plus basses températures mesurées (243 K). Enfin, à 1% de glycérol une violation de la RSE se produit, mais en sens inverse. L’interprétation microscopique de ces résultats demeure spéculative. Enfin, des mesures de viscosité et d’auto-diffusion ont réalisées sur l’eau pure mais pour des pressions allant jusqu’à 150 MPa. La RSE est également testée jusqu’à des températures de 228 K, permettant ainsi la comparaison avec les prévisions de récents modèles numériquesWater is the most common liquid for us, but a great deal of its properties are still not well understood. Water exhibits numerous anomalies compared to other liquids and they are enhanced in the supercooled state, that when water is still liquid below the meltin point.During this word, glycerol is added to water (between 10% to 50% in mass) to lower the melting point and the homogeneous nucleation point. Two properties are measured : viscosity and self-diffusion. The first is a macroscopic property related to flow resistance. The second is linked to relative motion of molecules in the liquid. Viscosity and self-diffusion are linked by the Stokes-Einstein equation (SER) at usuals temperature and pressure in liquid. The viscosity of water-glycerol solution is measured by Differentiel Dynamic Microscopy. Diffusion coefficient of colloids in the solution is measured and allows us to deduce viscosity of the solution. Viscosity raises as temperature raises. At given temperature, viscosity raises in respect with glycerol’s concentration. Viscosity’s behavior according to temperature depends on the concentration. At low concentration (< 20%) it behaves the same way as pure water. For higher concentrations, other laws are more suitable to describe viscosity. Henceforth, adding glycerol modifies supercooled solutions’ dynamic. Mutual diffusion of molecules is related to their mobility. It is characterized by self-diffusion in a pure liquid and intra-diffusion in mixtures. Intra-diffusion in glycerol solutions are measured with concentration ranging from 1% to 50% in mass thanks to NMR-PGSE. Water and glycerol diffusions raise with temperature, whatever the concentration. At high temperature, diffusion decreases as concentration raises. At low temperature and low concentration (1% in glycerol), glycerol’s diffusion decreases more rapidly than for other concentration as temperature is lowered. Water seems to have the same tendancy in similar conditions. Knowing viscosity and intra-diffusion, it is possible to get SER’s evolution according to temperature. The SER is always violated for water molecules as soon as temperature is lower than 273 K. Glycerol molecules behave the same way when their concentration is 30% and 50%. For 10%, the SER is unexpectedly observed. At 1% the SER is violated again, but in opposite way compared to what is usually observed. Microscopic interpretation of these observations remains elusive. We also performed viscosity and self-diffusion measurements on pure water under pressure up to 150 MPa. SER is also tested for temperatures down to 228 K, allowing comparison with recent numerical simulations
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Laurent, Oscar. "Ions et gaz dans les verres de silice : étude dynamique et approches topologiques." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066243/document.
Анотація:
La théorie de la rigidité permet de prédire les comportements de nombreuses propriétés de verres, que ce soit avec la composition, la température ou la pression, tout en réduisant la structure de ceux-ci à un simple critère mécanique : flexible, isostatique ou rigide sur-contraint. Des travaux récents ont mis en évidence l'utilité d'une telle analyse, tant de manière expérimentale que théorique. Dans cette thèse, nous appliquons une méthode d'établissement de contraintes à partir de simulations par dynamique moléculaire, afin d'explorer la rigidité dans différentes conditions de température, pression ou composition pour des verres ayant des potentiels d'application. Cet algorithme de dénombrement de contraintes, radiales ou angulaires, nous a permis de définir des zones de compositions particulières dans les verres d'oxydes, avec une compréhension différente de la structure et des contraintes entourant les ions dans la silice. Par la suite, nous avons aussi pu montrer des effets topologiques faibles des gaz nobles dans la silice, et relier les anomalies dynamiques observées dans la silice sous pression à des conditions de rigidité du réseauRigidity theory allows to predict the behavior of many properties of glasses with respect to composition, while considering the underlying network as simple mechanical trusses that can be flexible, isostatic or stressed-rigid. Some recent works showed how useful such an analysis can be, either theoretically or experimentally. In the thesis we will use a method to analyse topological constraints from molecular dynamics simulations in order to establish the rigidity of silica systems of interest under various conditions of composition, pressure and temperature. Applying this constraints counting algorithm to radial and angular constraints in soda-lime systems allowed us to establish composition intervals of isostatic properties while giving a novel comprehension of the constraints and the structure surrounding the ions. We later highlight the faint influence of noble gases atoms upon silica when melted in the bulk. That study also allowed us to link dynamical anomalies of silica under pressure to rigidity changes of the network
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Busselez, Rémi. "Propriétés de fluides vitrifiables bio protecteurs nanoconfinés." Rennes 1, 2008. http://www.theses.fr/2008REN1S057.
Анотація:
Il a été prouvé que le confinement à des échelles nanométriques de liquides moléculaires simples modifie considérablement leur structure et leurs propriétés dynamiques et thermophysiques. Un nombre important d'études consacrées aux liquides moléculaires formateurs de verres dans des géométries confinées ont permis de mettre en évidence des effets complexes conjugués de basse dimmensionnalité, de taille finie et de surface. La compréhension de la dynamique des liquides simples à l'interface ou confinés doit être étendue à des liquides plus complexes intéréssants différents secteurs technologiques et biologiques. Un de ces secteurs est la bioprotection. Cependant, un niveau supérieur de complexité est attendu dans les fluides bioprotecteurs confinés, qui sont des mélanges de liquides moléculaires vitrifiables formant des liaisons hydrogènes fortes et sélectives. Nous avons réalisé une étude structurale et dynamique de la solution bioprotectrice de réference glycérol-tréhalose confinée dans des nanopores unidirectionnels de silicium. Des expériences de RMN du solide et de diffusion de neutrons ont été combinées avec des simulations de dynamique moléculaire. Elles révèlent des effets antagonistes entre la concentration en tréhalose et le nanoconfinement sur la structure et la dynamique rapide (nanoseconde) et vitreuseIt was shown that confinement on a nanometric scale considerably modifies the structure, the thermodynamical and dynamical properties of simple molecular liquids. A large number of studies devoted to pure molecular glass formers in restricted geometries have revealed a complex entanglement of low dimensionality, finite size and surface effects. The current understanding of the dynamics of interfacial or confined liquids must be extended to more complex fluids, in order to be relevant to different domains of technological or biological interest. One of these concerns biopreservation. Indeed, a new level of complexity is awaited for confined bioprotectant solutions, which are multi-component systems with strong and selective H-bond interactions. We have performed a structural and dynamical investigation of the archetype glycerol-trehalose bioprotectant solution confined in silicon unidirectional nanopores. Neutron scattering and solid state NMR experiments have been combined to molecular dynamic simulations. They unambiguously reveal antagonist effects of trehalose concentration and nanoconfinement on the structure and molecular dynamics from the nanosecond time scale to the glassy arrest
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Lerbinger, Matthias. "Réarrangements locaux dans les verres modèles : de la micromécanique aux processus de relaxation dans un liquide surfondu." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLS006.
Анотація:
Dans cette thèse, la méthode de la limite d’élasticité locale est appliquée et approfondie pour étudier d’une part les réarrangements atomiques isolés et irréversibles induits par cisaillement et d’autre part la relaxation structurelle dans un liquide formateur de verre, un mélange binaire Lennard-Jones 2D. La méthode permet d’obtenir la réponse mécanique locale d’un état inhérent de manière directe et non-perturbatrive tout en contrôlant les échelles de longueur et les directions de chargement. Dans la première partie, l’accent est mis sur une petite inclusion du verre. Sa réponse micromécanique est sondée dans la limite athermique quasi-statique. L’influence de l’échelle de longueur, sur laquelle la réponse mécanique est sondée, est discutée. La variation des statistiques de seuil en fonction de la taille de la zone de sondage peut être comprise sur la base d’un argument géométrique simple et d’une hypothèse de maillon faible. Ensuite, en déterminant la limite d’élasticité critique locale avec une résolution angulaire élevée sur la direction de chargement, on observe que seul un nombre fini et discret de réarrangements de cisaillement est accessible, chacun d’eux se caractérisant par un plan faible distinct. De plus, la limite d’élasticité critique montre une grande sensibilité à la pression. On constate que pour l’échelle de longueur étudiée, le critère d’élasticité de Mohr-Coulomb décrit par morceaux la contrainte de cisaillement critique avec précision. Dans la deuxième partie, un lien fort entre la structure et la dynamique des liquides surfondus est établi. La nouveauté du présent travail est la caractérisation de la structure par des seuils de glissement locaux. Une forte corrélation est trouvée entre d’une part les barrières de contrainte dans la direction la plus faible calculée dans l’état inhérent et d’autre part les observables associées à la relaxation de la structure à l’état liquide. Comme attendu, un coefficient de corrélation plus élevé est constaté pour les liquides équilibrés à des températures plus basses, signe que le paysage d’énergie potentielle influence davantage la dynamiqueIn this thesis, the local yield stress method is applied and extended to study single, irreversible atomistic rearrangementsas well as structural relaxation in a model glass-forming liquid, a two dimensional binary Lennard-Jones mixture. Themethod gives access to the local mechanical response of an inherent configuration in a direct and non-perturbativemanner while controlling the length scales and loading directions. In the first part, the focus is on a small inclusion ofthe glass. Its micromechanical response is probed in the athermal quasi-static limit. The influence of the length scale,at which the mechanical response is probed, is discussed. The variation of the threshold statistics with the size of theprobing zone can be understood on the basis of a simple geometric argument and a weakest link assumption. Then, upondetermining the dependence of the local critical yield stress on the shear loading direction with a high angular resolution,it is observed that only a finite and discrete number of shear rearrangements is accessible, each of them having a distinctweak plane. Furthermore, the critical yield stress shows a high sensitivity towards the pressure in the simulation box. It isfound that for the length scale studied, a Mohr-Coulomb yield criterion describes piecewise accurately the critical shearstress. In the second part, a connection between structure and dynamics of model supercooled liquids is established. Thenovelty in the present work is the characterization of the structure through local slip thresholds. A strong correlation isfound between the stress barriers in the softest direction calculated in the as-quenched state and observables associatedto the relaxation of the liquid structure at parent temperature. As expected, a higher correlation coefficient is detected forliquids equilibrated at lower temperatures, as the potential energy landscape increasingly influences the dynamics
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Kotbi, Mohammed. "Etude structurale d'une solution aqueuse de chlorure de lithium LiCl, 6H2O par la méthode de Monte Carlo inverse (RMC)." Lyon 1, 1999. http://www.theses.fr/1999LYO10105.
Анотація:
Le but de ce travail consiste en une modelisation structurale d'un electrolyte aqueux de type licl-6h 2o presentant la propriete de former un verre en passant par l'etat liquide metastable surfondu quand la temperature diminue. Des resultats experimentaux obtenus par la technique de diffusion de neutrons sont disponibles au departement de physique de materiaux. La methode de simulation utilisee dite de monte carlo inverse (rmc) propose un modele tridimensionnel du systeme au niveau atomique. Son interet est de pouvoir etre appliquee sans que les interactions interatomiques et intermoleculaires ne soient specifiees. En revanche, elle s'appuie sur les donnees experimentales disponibles et certains criteres geometriques locaux. Nous avons d'abord realise une simulation rmc sur l'eau pure a temperature ambiante, pour laquelle les trois fonctions de distribution de paire experimentales sont disponibles. En analysant les correlations angulaires dans notre systeme modele, nous avons deduit que le resultat obtenu pour la molecule d'eau a l'aide de rmc est compatible avec le resultat obtenu par une methode numerique independante aussi basee sur les fonctions de distribution de paire atomique experimentales. Cette etude valide notre modelisation de l'eau pure par la rmc. Nous avons ensuite etudie la structure de licl-6h 2o a l'aide de rmc utilisant quatre fonctions de distribution partielles experimentales, nous avons pu realiser des configurations a trois dimensions compatibles avec ces donnees. A l'aide des fonctions de paire calculees, on a pu determiner les nombres de coordination, les distances de correlation et comparer les etats de l'electrolyte aqueux liquide/verre/surfondu par rapport a l'eau pure a la temperature ambiante. Le calcul des coefficients, dans le developpement de la fonction de distribution moleculaire en harmoniques spheriques generalisees, donne des resultats coherents avec ceux obtenus dans l'etude des correlations radiales de l'electrolyte. Ces analyses de correlations angulaires mettent en evidence l'effet des ions pour les correlations a courte distance et l'effet de temperature sur la structure a moyenne distance de l'electrolyte aqueux a l'etat vitreux. En resume la methode rmc permet d'explorer un certain nombre de caracteristiques structurales de notre systeme, notamment au niveau des correlations de paire radiales et des correlations entre molecules. Des artefacts peuvent etre obtenus et pour y remedier nous devons avoir plus de donnees experimentales ou eventuellement un potentiel d'interaction assez realiste comme contrainte supplementaire dans la simulation rmc.
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Vest, Julien-Piera. "Dynamique vitreuse sur la sphère S2." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066670/document.
Анотація:
Nous nous sommes intéressés à la description de la dynamique d'un liquide surfondu en étudiant un modèle qui repose sur un ingrédient simple. En partant d'un système de Lennard-Jones monodisperse dans le plan euclidien, nous avons ajouté de la frustration en courbant le plan de sorte à former une sphère de rayon arbitraire. A l'aide d'un algorithme de dynamique moléculaire sphérique, nous avons montré que ce système présentait bien une dynamique vitreuse d'équilibre, caractérisée par la fonction de diffusion intermédiaire incohérente $F_s(k,t)$, qui ralentit fortement et change de comportement à basse température, pour une faible variation de la statique. Le système se comporte comme un verre fort pour les courbures les plus grandes, mais sa fragilité augmente lorsque la courbure diminue. L'allure de $F_s(k,t)$ est également modifiée quand la courbure diminue, ce que nous avons essayé d'expliquer par l'étude de la théorie de couplages de modes (MCT) sur la sphère. Nous avons dérivé l'équation dynamique de MCT sphérique puis étudié la limite aux temps longs de sa solution. On obtient une transition dynamique qui est similaire à celle de la MCT euclidienne, ce qui ne permet pas d'expliquer l'effet de courbure sur $F_s(k,t)$, bien que celle-ci ait une influence sur la valeur de la température de transition. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle des "défauts", dont un nombre minimal de $12$ est imposé par la topologie. A basse température, les défauts tendent à se réunir en structures linéaires, ce qui est prévu théoriquement et observé dans certaines expériences. Les défauts ont une contribution importante à la relaxation, sans pour autant que l'influence des autres particules ne soit négligeableWe are interested in the description of the dynamics of a supercooled liquid through the study of a model which relies on a simple geometrical ingredient. Starting from a monodisperse Lennard-Jones system on the euclidean plane, we add frustration by curving the space to form a sphere of arbitrary radius. Using a molecular dynamics algorithm, we showed that this system indeed behaves like a glassy liquid at equilibrium. The dynamics, caracterized by the self-intermediate scattering function $F_s(k,t)$, slows down strongly and changes shape at low temperature, for a small variation of the statics. The system behaves like a strong glass for high curvatures, but its fragility increases when the curvature decreases. The shape of $F_s(k,t)$ is also modified when the curvature decreases, which we tried to explain theoretically through the study of the mode coupling theory (MCT) on the sphere. We derived the dynamical equation of spherical MCT and studied the long time limit of its solution. We predict a dynamic transition similar to the one predicted by euclidean MCT, which does not allow us to explain the effect of curvature on $F_s(k,t)$, though the curvature has an influence on the value of the transition temperature. Finally, we studied the role of "defects", among which a minimal number of $12$ is imposed by topology. At low temperature, the defects tend to form linear structures, as predicted theoretically and observed in some experiments. The defects have a strong contribution in the relaxation; however, the role of other particles is not negligible
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Rulquin, Charlotte. "Rôle des fluctuations dans les systèmes vitreux de dimension finie." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066454/document.
Анотація:
Les systèmes vitreux sujets à une diminution de la température présentent une dynamique très lente, et à une valeur suffisamment faible de celle-ci se trouvent dans un état désordonné dit "gelé". Cette thèse traite du cas des verres structuraux, comme les liquides surfondus, et du cas des verres de spins.Dans les deux cas, les scénarios physiques issus des théories de champ moyen sont connus et pourraient être sensibles à l'introduction des fluctuations présentes dans les systèmes de dimension finie. L'étude de leur effet dans les systèmes vitreux étant difficile, nous avons étudié des modèles simples reliés au problème de la transition vitreuse dans lesquels l'effet des fluctuations peut être analysé en détail.Concernant les verres structuraux, nous étudions tout d'abord le retour à la convexité de l’énergie libre d'un système unidimensionnel où les fluctuations sont contraintes par la taille finie du système. Ensuite, nous étudions le rôle des fluctuations de "courte" et de "longue" portée dans un système vitreux appelé ``modèle de plaquette'' en comparant les propriétés thermodynamiques du système connues sur réseaux Euclidiens à celles que nous avons obtenues sur un réseau "en arbre". Enfin, nous étudions l'existence de fluctuations spatio-temporelles au sein d'un modèle de systèmes à dynamique activée couplés via un bain thermal à faible température.Concernant les verres de spins, nous construisons une approche du groupe de renormalisation non-perturbatif afin de décrire l'effet des fluctuations critiques sur les propriétés critiques du verre de spin d'Ising en champ nul en dimensions inférieures à sixWhen the temperature diminishes, glassy systems present a very sluggish dynamics and at low enough temperature can finish in some arrested disordered state. This thesis deals about the case of structural glasses, to which category supercooled liquids belong to, and spin glasses.In these two cases the physical scenarios issued from the mean-field theories are known and could be fragile to the introduction of fluctuations that are present in finite-dimensional systems. Since the study of the effect of fluctuations in glassy systems is a daunting task, the aim of this thesis is to study simple related problems in which the effect of fluctuations can be thoroughly investigated.For the structural-glass case, we study first the return to convexity of the free energy of a uni-dimensional finite-size system where fluctuations are restricted by the finite size of the system. Then, we study the role of "short"- and "long"-range fluctuations in a glass-former model called ``plaquette model'' in comparing the thermodynamic properties of the system which are known on Euclidean lattices with the ones we obtained on a "tree" lattice. Finally, we study the existence of space-time fluctuations in a model made of activated-dynamics systems coupled via a thermal bath at low temperature.For the spin-glass case, we construct a scheme for the nonperturbative renormalization group to describe the effect of critical fluctuations on the critical properties of the Ising spin glass in zero field in dimensions lower than six
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Krakoviack, Vincent. "Approches de couplage de modes et de champ moyen de la transition vitreuse : utilisation de modeles schematiques pour l'analyse quantitative de la dynamique des liquides surfondus." Paris 11, 2000. http://www.theses.fr/2000PA112101.
Анотація:
Une methode d'analyse de la dynamique des liquides surfondus relevant de la theorie de couplage de modes de la transition vitreuse est proposee. Elle repose sur l'utilisation d'equations simples dites schematiques pour realiser des ajustements numeriques de donnees experimentales. L'interet de cette methode est qu'elle integre les comportements universels predits par la theorie, mais permet egalement de prendre en compte des ecarts a ces comportements. L'etude des spectres de diffusion de la lumiere de deux liquides surfondus montre que cette methode permet de rendre compte des donnees mesurees sur un large domaine de frequence. Certains parametres du modele presentent toutefois un comportement anormal pouvant etre associe a l'inadequation de la theorie a basse temperature et conduisant a remettre en question la possibilite d'observer les predictions universelles de la theorie. Un effort particulier a ete consacre a la validation de l'approche, en comparant les resultats obtenus avec des equations differentes appliquees aux memes donnees ou en procedant a des ajustements de spectres modeles aux proprietes connues a l'avance. Ces etudes demontrent la pertinence de l'approche, meme si certaines limites apparaissent clairement. Enfin, une reformulation de l'approche schematique est proposee dans le cadre de la theorie de champ moyen fondee sur une analogie entre liquides surfondus et certains modeles de verres de spins. On considere alors les equations schematiques comme des equations decrivant la dynamique d'un modele de verre de spins dont les constantes de couplage sont determinees par la procedure d'ajustement precedente. On etudie ensuite ce modele par les methodes usuelles pour obtenir une valeur de la temperature de transition statique introduite par la theorie. Les resultats obtenus s'averent peu convaincants, les temperatures calculees n'ayant visiblement aucune signification physique.
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Affouard, Frédéric Descamps Marc. "Étude des mécanismes de la transition vitreuse et de l'action bioprotectrice des sucres." Villeneuve d'Ascq : Université des sciences et technologies de Lille, 2008. https://iris.univ-lille1.fr/dspace/handle/1908/1142.
Анотація:
Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences physiques. Physique : Lille 1 : 2006.N° d'ordre (Lille 1) : 551. Articles en anglais reproduits et intégrés au texte. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 61-66 et bibliogr. des articles. Liste des publications et communications.
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Rajonson, Gabriel. "Etude et comparaison de moteurs moléculaires artificiels par simulation numérique." Thesis, Angers, 2019. http://www.theses.fr/2019ANGE0029.
Анотація:
Le domaine nanométrique présente et soulève beaucoup de questions. Une d’entre elles concerne les moteurs moléculaires. Est-il possible de concevoir un système pouvant se déplacer au sein d’un milieu ? Si oui comment caractériser son déplacement ? Le déplacement a-t-il une influence sur le milieu ? Le milieu influence-t-il le déplacement du moteur ? Nous nous sommes intéressés ici à l’étude de plusieurs paramètres tels que la taille relative du moteur par rapport à la taille des molécules constituant l’environnement, la masse relative du moteur par rapport à la masse des molécules constituant l’environnement, la vitesse des battements du moteur, l’influence de la température,l’orientation du moteur, les configurations temporelles possibles.Nous avons montré que le ratio de masse relative au moteur et des molécules du milieu, tout comme le ratio des tailles, influencent le déplacement du moteur. Tout moteur avec une seule charnière est soumis au scallop theorem énoncé par E.M. Purcell.Nous avons trouvé un moyen de briser ce théorème en jouant sur la vitesse des battements du moteur.Nous avons ensuite modifié notre moteur pour qu’il possède deux charnières. Nous avons de nouveau étudié l’effet des différentes configurations temporelles possible sur le déplacement du moteur.Pour finir nous avons voulu donner une direction privilégié à notre moteur en le soumettant à un champ électriqueThe nanometric field raises a lot of questions. One of them concerns molecular motors. Is it possible to design a device capable of moving itself inside an environment ? If so how can we characterise its motion ? Does it influence the environment ? Does the environment influence the motor’s motion ? We took an interest here to the study of several parameters such as the ratio of the motor’s relative length to the environment’s molecule length, the ratio of the motor’s relative mass to the environment’s molecule mass, the motor’s folding frequency, thetemperature’s influence, the motor’s orientation, the different time configurations. We showed that the motor’s relative length ratio to the environment’s molecule length, as well as the motor’s relative mass ratio to the environment’s molecule mass, have an influence on the motor’s displacement. Every motor presenting one hinge, is subject to the scallop theorem introduced by E.M. Purcell. We found a way to break this theorem by playing on the motor’s folding frequency. Then we altered our motor in order for it to possess to hinges. We studied the effect of different time configuration on the motor’s displacement. Finally we wanted to give a privileged direction to our motor by submitting it to an electrical field
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Crauste, Caroline. "Etude expérimentale d'une longueur de corrélation dynamique à la transition vitreuse." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066308.
Анотація:
La transition vitreuse s’observe dans de nombreux liquides : ils ne cristallisent pas lorsque la température diminue et leur viscosité augmente énormément. Ils se figent en un verre, solide désordonné. Ce phénomène est encore mal compris. Une image fructueuse est celle des hétérogénéités dynamiques : des zones dans lesquelles les mouvements des molécules sont corrélés se développent dans le liquide. Leur taille est censée croitre lorsque la température diminue, comme dans une transition de phase. Ceci n'avait encore jamais été mesuré dans les liquides surfondus. Deux méthodes basées sur les mesures de susceptibilité linéaire et non-linéaire ont été proposées pour sonder ce nombre. Nous avons développé une expérience pour mesurer ces susceptibilités diélectriques. La mesure de la susceptibilité non-linéaire est délicate (le signal recherché est 106 fois plus faible que le signal linéaire), ce qui nécessite un dispositif original. Le nombre de molécules corrélées mesuré croît lentement lorsque la température diminue, pour les deux techniques. Nous avons aussi étudié l'évolution en fréquence de la réponse non-linéaire et montré l'existence d'une courbe maîtresse qui a pu être comparée à différents modèles phénoménologique théoriques. Ces résultats expérimentaux originaux rapprochent la transition vitreuse des phénomènes critiques et des transitions de phases.
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Guillaud, Emmanuel. "Multiscale experimental and numerical study of the structure and the dynamics of water confined in clay minerals." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1123/document.
Анотація:
Les argiles sont des minéraux complexes présentant une porosité multi-échelles et une aptitude à gonfler sous atmosphère humide. Ces matériaux ont diverses applications en catalyse, dans le stockage des déchets, dans le bâtiment… Pourtant, les propriétés de l'eau confinées sont encore mal comprises, notamment en raison de la complexité de l'eau elle-même. Le but de ce travail est, en utilisant principalement les simulations moléculaires et les spectrométries vibrationnelles, de comprendre la structure et la dynamique de l'eau confinée dans les argiles.Afin d'évaluer la précision des modèles numériques pour décrire l'eau confinée dans les argiles, et pour comprendre l'origine de ses propriétés structurales et dynamiques, un large part de ce travail est consacrée aux briques constitutives de l'argile : l'eau pure, l'eau interfaciale et l'eau salée. A ce titre, on étudie les propriétés viscoélastiques de l'eau du domaine surfondu jusqu'à la température d'ébullition par dynamique moléculaire classique. On analyse aussi les propriétés de frottement près d'une surface type, et la précision des approches ab initio et des modèles de sels.Dans une seconde partie, on confronte ces résultats aux propriétés de l'eau confinée dans les argiles à basse température et à température ambiante, expérimentalement et numériquement. Les expériences consistent en des mesures exhaustives par spectrométrie d'absorption dans l'infrarouge moyen et lointain, tandis que les calculs sont des simulations de dynamique moléculaire classique. En particulier, on s'intéresse à l'existence de transitions de phases induites par le confinement ou les variations de températureClay are complex minerals with a multiscale porosity and a remarkable ability to swell under humid atmosphere. These materials have many applications in catalysis, waste management, construction industry... However, the properties of confined water are still not fully understood, due in particular to the complexity of water itself. The aim of this work is, using mainly molecular simulations and vibrational spectroscopy, to understand the structure and the dynamics of water confined in clay minerals. To evaluate the accuracy of numerical models to describe water confined in clay minerals, and to understand the origin of its structural and dynamical properties, a large part of the work was devoted to the building blocks of clays: pure bulk water, water at the surface of a solid, and salt water. To this extent, the viscoelastic properties of water from the deeply supercooled regime to the boiling temperature were investigated using classical molecular dynamics. The evolution of the friction properties of water on a prototypical solid surface was also analyzed, and the accuracy of ab initio approaches and empirical salt models was studied.In a second part, those results were confronted to the properties of water confined in clay minerals at low and room temperature, studied both experimentally and numerically. Experimental work consisted mostly in extensive far- and -mid infrared absorption spectrometry measurements, whereas numerical work mainly consisted in empirical molecular dynamics simulations. Especially, the existence of confinement- or temperature-induced phase transitions of confined water was investigated
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Petitjean, Mélanie. "Interactions des composés organiques volatils avec des surfaces de glace pure ou dopée représentatives des conditions atmosphériques rencontrées dans la moyenne et la haute troposphére : application à la chimie des nuages mixtes et des cirrus." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/PETITJEAN_Melanie_2010.pdf.
Анотація:
La Haute Troposphère (HT) est caractérisée par ses basses températures, allant d'environ 188 à 233 K et par la présence de cirrus, des nuages constitués uniquement de glace et pouvant recouvrir jusqu'à 25% de la surface de la Terre. Les nuages mixtes et les cirrus peuvent constituer des puits potentiels pour un certain nombre d'espèces gazeuses et éventuellement promouvoir des réactions hétérogènes ou photochimiques Dans ce travail, nous nous proposons, en déterminant les isothermes d’adsorption sur des glaces pure et dopée entre 253 et 203K, de fournir des informations quantitatives sur la distribution des espèces organiques entre les phases gazeuse et condensée, à des températures rencontrées à des altitudes moyennes et dans la HT. La présence de Composés Organiques Volatils Oxygénés (COVO) tels que les alcools, aldéhydes, cétones et les acides carboxyliques, dans la HT est bien établie. En raison du rôle prépondérant des composés carbonylés dans la formation de photooxydants tels que l’ozone, ce travail de thèse s’est focalisé en particulier sur l’étude de ces composés afin d'évaluer si le piégeage sur des cristaux de glace et/ou des gouttelettes surfondues pouvait constituer un puits significatif dans les conditions atmosphériques. Par ailleurs, d’autres molécules (hydrocarbures aromatiques) ont été étudiées afin de mieux comprendre les relations entre la structure de la molécule et sa capacité à s’adsorber. En outre, des simulations numériques ont permis d’apporter des détails au niveau moléculaire sur la structure tridimensionnelle de la couche d’adsorption. Les pressions de vapeur saturante de l’hydroxyacétaldéhyde et de l'hydroxyacétone ont été déterminées pour la première fois en fonction de la température, apportant des valeurs de référence pour de futures études de laboratoire et permettant d'estimer leurs distributions dans l’atmosphère entre les phases gazeuse et particulaireThe upper troposphere (UT) is characterized by its low temperatures, from 188 to 233 K and the presence of cirrus clouds. These clouds, composed of ice crystals, can cover up to 25% of the Earth's surface. Mixed and cirrus clouds may be a potential sink for many gaseous species and can promote heterogeneous or photochemical reactions. In this work, the establishment of the adsorption isotherms on pure or doped ice surfaces between 253 and 203 K, provides quantitative information on the partitioning of organic species between the gas and condensed phases at temperatures encountered at medium altitudes and in the UT. The presence of Oxygenated Volatile Organic Compounds (OVOC) such as alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids, in the UT is well established. As carbonyl compounds are involved in the formation of photooxidants such as ozone, this work has been focused on the study of these compounds. In addition, other molecules (aromatic hydrocarbons) have been studied to better understand the relationships between the structure of the molecule and its ability to be adsorbed on ice surfaces. Besides, computer simulations have led to some details at the molecular level on the three dimensional structure of the adsorption layer. This work has also allowed the determination of the vapor pressure of both hydroxyacetaldehyde and hydroxyacetone ,providing reference values for future laboratory studies and permitting estimation of their partitioning between the gas and particle atmospheric phases
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Crauste-Thibierge, Caroline. "Etude expérimentale d'une longueur de corrélation dynamique à la transition vitreuse." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00552203.
Анотація:
Le ralentissement de la dynamique des liquides à la transition vitreuse reste un phénomène encore mal compris. Beaucoup de liquides peuvent, sous certaines conditions, passer la température de cristallisation, rester liquides (surfondus) et avoir une viscosité qui augmente énormément jusqu'à ce qu'ils se figent en un verre à la température de transition vitreuse Tg. De nombreuses données expérimentales ont été obtenues par des techniques différentes et beaucoup de modèles théoriques ont été explorés pour rendre compte de ces faits et mieux les comprendre. Le scénario qui nous a plus particulièrement guidés ici est celui des hétérogénéités dynamiques : des zones se développent dans le liquide où les mouvements des molécules sont corrélés, nécessitant un apport en énergie pour relaxer qui augmente lorsque la température diminue et que la taille des zones augmente. Cette image est liée à l'existence possible d'une transition de phase sous-jacente. Mais ce nombre de molécules corrélées, et surtout son évolution en température n'avait encore jamais été mesurée de manière directe dans les liquides surfondus. Deux méthodes basées sur les mesures de susceptibilité linéaire pour la première et non-linéaire pour la seconde ont été proposées, qui permettent de sonder directement ce nombre de molécules corrélées. Nous avons développé une expérience originale qui permet de mesurer la susceptibilité diélectrique linéaire mais aussi la réponse non-linéaire. La mesure de la susceptibilité non-linéaire est délicate puisque le signal recherché est 106 fois plus faible que le signal linéaire usuellement mesuré. Nous avons donc particulièrement travaillé le choix des appareils électroniques (source de tension et détection synchrone), des circuits de mesure, et le développement des condensateurs à liquide nécessaires. Nous avons mesuré alors un nombre de molécules corrélées qui croît lorsque la température diminue, par les deux techniques. La mesure non-linéaire donne un nombre qui croît lentement, d'environ 80 % entre Tg + 8 K et Tg + 38 K. Nous avons comparé cette croissance à celle obtenue par les mesures linéaire et constaté que les deux évolutions sont globalement similaires avec toutefois des différences qu'il serait utile de mieux comprendre. Nous avons aussi étudié l'évolution en fréquence de la réponse non-linéaire et montré l'existence d'une courbe maîtresse où toutes les courbes à différentes températures se recalent. Cette courbe a pu être comparée à un modèle phénoménologique d'échauffement des hétérogénéités dynamiques et à des prédictions théoriques basées en partie sur une des grandes théories des verres, la théorie de couplage de modes. Ces résultats expérimentaux originaux apportent un éclairage nouveau sur la transition vitreuse et notamment en terme de phénomènes critiques, rapprochant la transition vitreuse de la transition des verres de spins, qui elle est une transition de phase.
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Bauchy, Mathieu, and Matthieu Micoulaut. "Contraintes topologiques et rigidité dans les verres." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00805762.
Анотація:
La théorie de la rigidité permet de prédire l'évolution en fonction de la composition de nombreuses propriétés des verres, en réduisant la structure moléculaire de ces derniers à de simples treillis mécaniques pouvant être flexibles, isostatiques ou rigides sur-contraints. Originellement développée pour les chalcogénures à température nulle et pression ambiante, cette théorie a été peu à peu étendue. Dans cette thèse, nous nous proposons d'établir une méthode générale d'analyse des contraintes topologiques par Dynamique Moléculaire, dans le but de pouvoir étudier la rigidité de systèmes plus complexes ou soumis à de nouvelles conditions thermodynamiques. Nous montrons ainsi que notre algorithme permet d'étudier aussi bien la rigidité des chalcogénures que des verres d'oxyde tout en off rant une image intuitive de la nature des contraintes à l'échelle atomique. Nous montrons également qu'il est possible de suivre le comportement de ces dernières en fonction de la composition, de la température et de la pression. Cette méthode permet de suivre en fonction de la composition les transitions de rigidité au sein des systèmes ainsi que de mettre en évidence l'existence de phases intermédiaires. Nous rapportons également l'existence d'une phase intermédiaire induite par la pression et montrons que cette dernière présente les mêmes signatures dynamiques et structurales que la phase intermédiaire traditionnelle en composition. En fin, nous mettons en évidence le caractère fortement hétérogène des contraintes topologiques au sein du réseau vitreux.
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Marín, Aguilar Susana. "Local structure and dynamics of dense colloidal systems : from patchy particles to hard spheres." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP052.
Анотація:
Le rôle de la structure dans la dynamique colloïdale vitreuse est encore un sujet de débat. Cependant, il existe des preuves d'un lien direct entre les changements de la dynamique et les propriétés structurelles du système. Nous explorons l'interaction de la structure et de la dynamique locales en utilisant des particules à patchs. Pour ce faire, nous utilisons des simulations de dynamique moléculaire. Nous montrons qu'en renforçant la géométrie icosaédrique, le dynamique du système présente un ralentissement extrême. Grâce à ces résultats, nous fournissons une voie pour contrôler la dynamique vitreuse par l'utilisation de particules à patchs. De plus, il est intéressant de savoir si nous pouvons extraire des informations sur la dynamique en utilisant uniquement des informations structurelles. Afin d'explorer ce point, nous simulons une grande variété de mélanges de sphères dures. Nous montrons que la dynamique globale de ces systèmes peut être prédite avec précision en introduisant un nouveau paramètre d'ordre appelé tétraédralité de la structure locale qui compte le nombre de tétraèdres auxquels chaque particule participe. Les prédictions de ce paramètre d'ordre restent valables pour dans une grande variété de densités, ce qui prouve son universalité dans cette famille de précurseurs de verre. De plus, il est également capable de saisir les changements sur la dynamique locale, car les régions à forte tétraédralité sont fortement corrélées avec les régions à dynamique lente. Enfin, nous explorons l'utilisation de techniques d'apprentissage machine non supervisé pour classer les particules ayant des environnements structurels différentsThe role played by the structure in determining the dynamics of glassy colloidal systems is still a subject of debate. However, there is compelling evidence of a direct link between changes in the local structure and the dynamical slowdown in glassy systems. Here, we explore the interplay between local structure and dynamics by using patchy particles as glass formers. This is done by making use of molecular dynamics simulations. We show that reinforcing icosahedral geometry causes, the system to exhibit an extreme slowdown in its dynamics. With these results, we provide a route for controlling glassy dynamics through the use of patchy particles. Additionally, an interesting point is whether we can extract information about dynamics from only structural information. In order to explore this point, we simulate a wide variety of hard-sphere mixtures. We show that global dynamics of these systems can be precisely predicted by quantifying the tetrahedrality of the local structure: an order parameter that consists of counting the number of tetrahedra each particle participates in. The predictions of this order parameter maintain their accuracy over a wide variety of densities proving its universality in this family of glass formers. Moreover, it is also capable of capturing the changes in the local dynamics, as regions with high tetrahedrality are strongly correlated with regions with slow dynamics. Finally, we demonstrate that unsupervised machine learning techniques can be used to classify particles with different structural environments, which are strongly correlated to local dynamics
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Albert, Samuel. "Un point critique thermodynamique dans les verres dévoilé par les réponses d'ordre élevé." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS534/document.
Анотація:
L'énigme de la transition vitreuse réside en grande partie dans le fait que lorsqu'un matériau entre dans l'état dit surfondu, sa dynamique ralentit de façon spectaculaire, donnant l'impression d'une transition vers un état solide, sans que pour autant on ne parvienne à constater de transition thermodynamique par les expériences usuelles.Autrement dit, on ne parvient pas à expliquer le ralentissement spectaculaire de la dynamique par la croissance d'une longueur mesurable expérimentalement.Ceci conduit à la prolifération de théories souvent contradictoires quant à l'origine de la dynamique vitreuse.Durant la dernière décennie une piste prometteuse de mise en évidence d'une telle longueur a été proposée : il s'agit de la mesure des réponses diélectriques non linéaires d'ordre 3 du matériau ainsi que de leur évolution en température. En effet, les réponses non linéaires reflètent les effets collectifs caractéristiques de l'ordre amorphe, qui ne se traduisent que dans les fonctions de corrélations d'ordre élevé.Durant cette thèse nous avons construit sur ces bases expérimentales et théoriques, une expérience de mesure des réponses non linéaires d'ordre 5. En exploitant ces résultats sur la réponse diélectrique d'ordre 5 et des résultats précédents sur la réponse d'ordre 3, nous sommes parvenus, en collaboration avec une équipe d'expérimentateurs et de théoriciens, à fournir des indices forts de l'existence d'un point critique thermodynamique dans le Glycérol et le Propylène Carbonate. Ceci constitue une avancée significative dans la compréhension des matériaux vitreux.En particulier, cette découverte permet de poser des contraintes fortes sur les théories existantes et contribue à clore certains débats théoriques ayant eu cours sur plusieurs décenniesThe puzzle of the glass transition mainly resides in the fact that a supercooled liquid undergoes when cooled down, a spectacular dynamics slow down, while no evidence of any kind of thermodynamic transition has been measured through usual means.The absence of any known growth of a length scale that could explain the glassy dynamics leads to a wide range of competing models and theories trying to explain the origins of this dynamics.In the last decade, a promising lead has been put forward, that could allow the community to experimentally access such a growing length scale, through third order non-linear dielectric response measurements, and more in particular this response's temperature dependence. Indeed, non-linear response measurements reflect the collective effects that characterize the amorphous order and translate into high order correlation functions.During this PhD, we have built upon this experimental and theoretical background to design a fifth order non-linear dielectric response measurement experiment. In collaboration with a team of experimentalists and theoreticians, we have used these results in conjunction with third order response measurement results to make a very strong case advocating the existence of a thermodynamic critical point in Glycerol and Propylene Carbonate. This is a very significant advance in the understanding of the behaviour of glassy materials.This ground breaking discovery puts very strong constraints on existing theories and will contribute to end some decades-long theoretical debates within the glassy community
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Ninarello, Andrea Saverio. "Computer simulations of supercooled liquids near the experimental glass transition." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS071/document.
Анотація:
La compréhension du mécanisme de la formation du verre est l'un des importants problèmes ouverts en recherche sur la matière condensée. De nombreuses questions restent sans réponse, en raison d'une énorme augmentation des temps de relaxation pendant le processus de refroidissement qui ne permet pas l'exploration des propriétés d'équilibre des liquides surfondus à très basses températures. Les simulations numériques des liquides surfondus sont actuellement en mesure d'atteindre l'équilibre à des températures comparables à la température du crossover de la théorie de couplages de modes, qui est bien supérieure à la température de transition vitreuse expérimentale. En conséquence, les simulations plus lentes que les expériences pour équilibrer un liquide surfondu par un facteur d'environ huit ordres de grandeur. Les progrès réalisés pour combler cet écart ont été lents et résultent essentiellement d'améliorations de l'architecture des ordinateurs. Dans cette thèse, nous résolvons en partie le problème de la thermalisation à basse température de liquides surfondus dans des simulations numériques. Nous combinons l'utilisation d'un algorithme Monte Carlo, connu sous le nom d'algorithme de swap, avec la conception de nouveaux modèles de formateurs de verre. Nous examinons systématiquement des nombreux systèmes, à la fois des mélanges discrets de particules, ainsi que des systèmes a polydispersité continue. Nous discutons le rôle que la polydispersité et la forme du potentiel entre particules jouent pour éviter la cristallisation et parvenir efficacement à des régimes de température inexplorés. De plus, nous étudions les processus dynamiques à l’œuvre pendant une simulation de swap Monte Carlo. Nous démontrons que, dans certains cas, notre technique permet de produire des configurations équilibrées à des températures inaccessibles même dans des expériences. Dans ce régime de température complètement nouveau, nous examinons plusieurs questions ouvertes concernant la physique de la transition vitreuse. Nous montrons qu'un fluide de sphères dures peut être équilibré jusqu'à la densité critique du jamming, et même au-delà. Nous mesurons l'entropie configurationelle dans un liquide refroidi à très basse température. Nous mettons en évidence une forte dépendance dimensionnelle, qui suggère l'existence d'une transition vitreuse idéale à une température finie en trois dimensions et à son absence en deux dimensions. Nous détectons l'augmentation de l'ordre amorphe quantifié par une longueur statique point-to-set pendant la formation du verre. Nous mesurons les exposants critiques introduits dans la théorie de champ moyen des verres beaucoup plus proche de la température critique prédite dans la théorie. Enfin, nous révélons l'absence de transition géométrique caractérisant le paysage d’énergie potentiel au travers de la température du crossover de la théorie de couplages de modes.Les modèles et les algorithmes développés dans cette thèse déplacent les études des liquides surfoundus vers un territoire entièrement nouveau, en réduisant l'écart entre la théorie et les expériences, ce qui nous amène plus proche de la solution du problème de la transition vitreuseUnderstanding the mechanisms that lead to glass formation is one of the open problems for the condensed matter research. Numerous questions remain unanswered, because the tremendous increase of relaxation times during the cooling process prevents the exploration of equilibrium properties of supercooled liquids at very low temperature. Computer simulations of glass-forming liquids are nowadays able to reach equilibrium at temperatures comparable to the Mode-Coupling crossover temperature, which is well above the experimental glass transition temperature. As a consequence, simulations lag eight orders of magnitude behind experiments in terms of equilibration times. Progress to close this gap has been slow, and stems mostly from hardware improvements.In this thesis we make an important step to close this gap. We combine the use of a Monte Carlo algorithm, known as the swap algorithm, with the design of novel glass-forming models. We systematically test numerous models using both discrete mixtures and polydisperse systems. We discuss the role that polydispersity and particle softness play in avoiding crystallization and in efficiently reaching previously unexplored regimes. We study the dynamical processes taking place during swap Monte Carlo simulations. We demonstrate that in some cases our technique is able to produce thermalized configurations at temperatures inaccessible even by experiments.In this newly accessible regime, we investigate some open questions concerning the glass transition. We show that a hard sphere fluid can be equilibrated at, and even beyond, the jamming packing fraction. We measure the configurational entropy in extremely supercooled liquid, finding a strong dimensional dependence that supports, on the one hand, the existence of an ideal glass transition at a finite temperature in three dimensions and, on the other hand, its absence in two dimensions. We detect the increase of amorphous order quantified through a static point-to-set length throughout the glass formation. We measure the critical exponents introduced in the mean-field theory of glasses much closer to the supposed ideal glass transition. Finally, we reveal the absence of a sharp geometric transition in the potential energy landscape across the Mode-Coupling crossover.The models and the algorithms developed in this thesis shift the computational studies of glass-forming liquids to an entirely new territory, which should help to close the gap between theory and experiments, and get us closer to solve the long-standing problem of the glass transition
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Berthier, Ludovic. "Dynamique forcée des systèmes vitreux : des verres de spin aux fluides complexes." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001364.
Анотація:
Nous présentons une étude théorique de la dynamique hors équilibre d'une large classe de systèmes microscopiques, dont la caractéristique commune est de présenter, dans certaines conditions expérimentales, une relaxation extrêmement lente (`systèmes vitreux'). Nous abordons tout d'abord le problème du vieillissement de ces systèmes en nous attachant à une comparaison quantitative des deux descriptions théoriques que sont (i) les processus de croissance de domaines, (ii) la solution analytique de modèles désordonnés champ moyen de type verres de spin. Nous abordons ensuite le cas ou la dynamique est forcée par une contrainte extérieure. Cette situation est importante en vue des applications (rhéologie des liquides surfondus et des fluides complexes, compaction lente des matériaux granulaires, etc.), et son étude systématique est un des aspects nouveaux de ce travail. Dans ce cadre, nous étudions tout d'abord numériquement l'influence d'un écoulement sur la séparation de phase d'un mélange binaire. Le diagramme des phases (Température, Forcage) des verres structuraux et des verres de spin est ensuite étudié dans l'approximation de champ moyen. Nous envisageons les deux cas d'un forcage constant non-Hamiltonien, puis Hamiltonien mais dépendant du temps. Ces études fournissent une description à la fois microscopique --forme de la relaxation, température effective définie via le théoreme de fluctuation-dissipation--, et macroscopique --courbes d'écoulement, transitions de phase dynamiques. Les principaux résultats sont testés numériquement sur un liquide surfondu et un verre de spin modéles.
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Zouzou, Nichet Alexandre. "Modélisation de la congélation d'un film fluide soumis à une précipitation surfondue." Thèse, 1996. http://constellation.uqac.ca/1139/1/1529119.pdf.
Анотація:
Lorsque les avions sont au sol pendant les temps froids, ils sont soumis aux intempéries telles que la neige, le vent, la pluie verglaçante. Ces intempéries peuvent provoquer une formation de glace qui peut entraîner des accidents lors du décollage. Pour remédier à ce problème, on utilise des liquides antigivre qui permettent de protéger l'avion contre l'apparition de glace. Cette protection est obtenue par retard de la congélation due à l'absorption et la dilution de la précipitation.
Afin de prédire les temps de protections disponibles pour chaque fluide, il faut étudier la congélation d'un film fluide soumis à une précipitation surfondue. Pour cela, le laboratoire international des matériaux antigivre (LIMA), en collaboration avec des compagnies fabriquant de produits commerciaux, a développé une méthode normalisée appelée WSET (Water Spray Endurance Test) pour mesurer le temps de protection du fluide antigivre. Cette méthode consiste à appliquer un fluide antigivre sur une plaque inclinée refroidie et à le soumettre à un brouillard givrant afin de mesurer le temps s'écoulant avant l'apparition de la glace. Les expériences effectuées au laboratoire sont longues, coûteuses et limitées dans leurs paramètres. D'autre part, elles ne permettent pas une description détaillée du fluide au cours du phénomène de drainage et de dilution.
L'objectif principal de ce mémoire est de réaliser une simulation numérique de la méthode normalisée. Pour réaliser cette simulation, on a développé un modèle mathématique reproduisant les phénomènes physiques. Tout d'abord, on a modélisé les phénomènes physiques décrivant l'écoulement visqueux, la dilution et la congélation du film fluide antigivre. Puis, on a conçu une simulation numérique, basée sur la modélisation, qui est capable de prédire le temps de protection du fluide antigivre, tout en donnant des informations sur la vitesse, la concentration en eau, la température en chaque point du fluide.
Le code de simulation du phénomène a été validé en comparant ses résultats avec ceux qui sont issus de la méthode normalisée. Il permet de déterminer rapidement le temps de congélation du film fluide en fonction des caractéristiques physiques du fluide (viscosité, concentration en eau, dilution) et des conditions micro-météorologiques (température, tension de surface, taux de précipitation). Le code peut être directement utilisé par l'industrie pour étudier et prédire les performances des fluides.
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Beaucage, Philippe. "Processus de nucléation et de cristallisation du silicium liquide à l'aide du potentiel de Stillinger-Weber." Thèse, 2004. http://hdl.handle.net/1866/14762.