Literatura científica selecionada sobre o tema "Déformation interfaciale"

Cette thèse examine l'interaction entre l'écoulement des fluides et la déformation interfaciale à l'aide de la Microscopie à Force Atomique (AFM). Tout d'abord, l'AFM a été utilisé pour explorer les fluctuations capillaires thermiques résonantes (RTCF) des surfaces de bulles et de gouttes, permettant ainsi de mesurer l'élasticité de surface et la viscosité en volume «bulk » aux interfaces air/eau chargées en tensioactifs et dans les solutions polymères. Ces mesures ont élargi la plage de fréquence pour les investigations rhéologiques, surmontant les limitations des rhéomètres classiques. Ensuite, nous avons introduit une méthode sans contact pour évaluer les propriétés mécaniques des cellules vivantes, basée sur l'interaction élastohydrodynamique (EHD) entre les vibrations thermiques du levier AFM et les déformations des cellules. Cette méthode a permis de déterminer avec précision le module élastique d'une cellule vivante à différentes fréquences. Enfin, nous avons réalisé la première mesure directe et quantitative de la force de portance agissant sur une sphère se déplaçant le long d'une interface liquide-liquide. Cette force, résultant du couplage entre l'écoulement visqueux et la déformation capillaire de l'interface, a été mesurée en fonction de la distance entre la sphère et l'interface à l'aide de l'AFM. Nous avons étudié diverses interfaces liquides, fréquences de travail, vitesses de glissement et deux rayons de sphère différents. Ces résultats fournissent des informations précieuses sur les phénomènes interfaciaux et améliorent la compréhension des interactions entre l’écoulement des fluides et les interfaces molles
This thesis investigates the interplay between fluid flow and interfacial deformation using Atomic Force Microscopy (AFM). First, AFM was employed to explore the resonant thermal capillary fluctuations (RTCF) of bubble and drop surfaces, enabling the measurement of surface elasticity and bulk viscosity in surfactant-laden air/water interfaces and polymer solutions. These measurements extended the frequency range for rheological investigations, effectively overcoming the limitations of classical rheometers.Next, we introduced a non-contact method to assess the mechanical properties of living cells based on the elastohydrodynamic (EHD) interaction between the thermal vibrations of the AFM cantilever and the cell deformations. This method enabled the precise determination of the elastic modulus of a living cell for different frequencies.Finally, we conducted the first direct and quantitative measurement of the lift force acting on a sphere moving along a liquid-liquid interface. This force, arising from the coupling between viscous flow and capillary deformation of the interface, was measured as a function of the distance between the sphere and the interface using an atomic force microscope (AFM). We investigated various liquid interfaces, working frequencies, sliding velocities, and two different sphere radii. The findings provide valuable insights into interfacial phenomena and enhance the understanding of interactions between fluid flow and soft interfaces

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

Dans cette thèse, nous avons cherché à caractériser la ségrégation intergranulaire dans les métaux en cours de recuit et de déformation à chaud, dans le système modèle nickel – soufre. Deux méthodes de quantification ont été utilisées : la spectrométrie d'électrons Auger et l'analyse par dispersion de longueur d'onde des rayons X (WDX). Cette dernière a été adaptée de façon originale par notre équipe pour la quantification de monocouches sur un substrat. Le tracé de cinétiques de ségrégation en cours de recuit à 550 et 750°C a permis la mesure des coefficients de diffusion du soufre dans le nickel, respectivement de 2,9. 10-14 cm2. S-1 et 2,6. 10-12 cm2. S-1. Par l'étude d'échantillons recuits à différentes températures nous avons obtenu une enthalpie libre de ségrégation de 102 Kj. Mo1-1 et une concentration en soufre dans le joint de grain à saturation de 63,5 ng. Cm-2. Nous avons également étudié l'influence de la température (450 et 550°C) et de la vitesse de déformation (3,9. 10-5 s-1 et 3,8. 10-4 s-1) sur la ségrégation intergranulaire. En cours de compression, nous obtenons une cinétique jusqu'à 150 000 fois plus rapide que lors d'un recuit d'équilibre. Décupler la vitesse de déformation ne modifie pas l'évolution de la ségrégation en fonction de la déformation mais multiplie par 6,5. Enfin, dans les domaines étudiés, la vitesse de ségrégation est quasiment indépendante de la température. Un modèle calculant la concentration en lacunes en cours de déformation pour en déduire la diffusion du soufre permet de reproduire correctement nos mesures de ségrégation. Le phénomène de ségrégation intergranulaire accélérée du soufre dans le nickel en cours de déformation à chaud semble donc attribuable à la présence de lacunes en sursaturation
Equilibrium grain boundary segregation in metals has been widely studied, but not the non-equilibrium one. In this study, we aimed to characterize the segregation during annealing and during hot deformation in the nickel – sulphur system. Two different methods of quantification were used : Auger electron spectroscopy and wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDS). The latter was orignally adapted by our research group to the quantification of monolayers on a substrate. The diffusion coefficient of sulphur in nickel was measured at 550°C and 750° and we obtained respectively 2,9 10-14 cm2. S-1 and 2,6 10-12 cm2. S-1. Measurements on samples annealed at different temperatures led to a free energy of segregation of 102. Kj. Mol-1 and a concentration of sulphur in the grain boundary of 63,5 ng. Cm-2 when satured. We also investigated the influence of the temperature (450 and 550°C) and the deformation rate (3. 9 10-5 s-1 and 3. 8 10-4 s-1) on the interface segregation. During hot compression, we obtained a segregation up to 150 000 times faster compared to simple annealing at the same temperature. Multiplying the deformation rate by ten leads to a similar deformation-dependence of the segregation but a time-dependence 6,5 times as fast. In the investigated ranges of temperature and deformation rate, the segregation rate is nearly independent of the temperature. The segregation kinetics during hot deformation was satisfactorily modelled by taking account of the effect of the deformation-induced vacancies on the solute diffusion coefficient. The phenomenon of accelerated sulphur grain boundary segregation in nickel can then be attributed to the excess vacancies

Dans cette thèse, nous avons cherché à caractériser la ségrégation intergranulaire dans les métaux en cours de recuit et de déformation à chaud, dans le système modèle nickel - soufre. Deux méthodes de quantification ont été utilisées : la spectrométrie d'électrons Auger et l'analyse par dispersion de longueur d'onde des rayons X (WDX). Cette dernière a été adaptée de façon originale par notre équipe pour la quantification de monocouches sur un substrat. Le tracé de cinétiques de ségrégation en cours de recuit à 550 et 750°C a permis la mesure des coefficients de diffusion du soufre dans le nickel, respectivement de 2,9.10-14 cm2.s-1 et 2,6.10-12 cm2.s-1. Par l'étude d'échantillons recuits à différentes températures nous avons obtenu une enthalpie libre de ségrégation de 102 kJ.mol-1 et une concentration en soufre dans le joint de grain à saturation de 63,5 ng.cm-2. Nous avons également étudié l'influence de la température (450 et 550°C) et de la vitesse de déformation (3,9.10-5 s-1 et 3,8.10-4 s-1) sur la ségrégation intergranulaire. En cours de compression, nous obtenons une cinétique jusqu'à 150 000 fois plus rapide que lors d'un recuit d'équilibre. Décupler la vitesse de déformation ne modifie pas l'évolution de la ségrégation en fonction de la déformation mais multiplie la cinétique par 6,5. Enfin, dans les domaines étudiés, la vitesse de ségrégation est quasiment indépendante de la température. Un modèle calculant la concentration en lacunes en cours de déformation pour en déduire la diffusion du soufre permet de reproduire correctement nos mesures de ségrégation. Le phénomène de ségrégation intergranulaire accélérée du soufre dans le nickel en cours de déformation à chaud semble donc attribuable à la présence de lacunes en sursaturation.

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

Les aciers inoxydables austéno-ferritiques présentent des propriétés mécaniques et électro-chimiques qui rendent leur emploi pertinent dans le cadre de nombreuses applications industrielles. Néanmoins, des difficultés apparaissent lors de la mise en forme à haute température de ces nuances. La littérature sur le sujet met en cause des interactions microstructurales, mal connues, liées à la nature biphasée de la microstructure. L'objet de ce travail est d'estimer l'influence que peut avoir la répartition des phases sur le comportement des polycristaux biphasés au cours d'une transformation finie à haute température. Pour ce faire, un modèle d'homogénéisation spécifique basé sur une formulation à deux transitions d'échelle et décrivant des situations morphologiques extrêmes est proposé afin d'estimer les différences de comportement mécanique susceptibles d'apparaître pour des répartitions de phase très différentes. Cette écriture s'intègre dans un cadre eulérien où le comportement viscoplastique non linéaire instantané est linéarisé à l'aide de la formulation variationnelle de Ponte Castañeda et où l'évolution microstructurale (fonction de corrélation à deux points, texture, écrouissage) est intégrée à chaque pas à travers l'utilisation de moyennes des champs mécaniques à l'échelle des orientations cristallines. Afin de tester l'adéquation de telles descriptions vis-à-vis du comportement réel des aciers inoxydables biphasés considérés, les prévisions sont confrontées à des caractérisations expérimentales à différentes échelles (essais de compression plane à chaud, extensométrie locale par micro-grilles à coeur, EBSD). Ces développements ne permettant de répondre que partiellement à la problématique, des approches alternatives sont également proposées afin de fournir des pistes d'amélioration pour la modélisation du comportement aux différentes échelles des polycristaux biphasés. Dans ce cadre, une estimation de type Hashin et Shtrikman à une transition d'échelle, basée sur un milieu de référence constitué des grains les plus déformés, est introduite en vue de rendre compte de façon plus conforme la localisation de la déformation mise en évidence par les mesures de champ. En outre, une quanti_cation expérimentale de la contribution du glissement interphase est réalisée en étendant les techniques de micro-extensométrie classiques aux cas de discontinuités de déplacement locales.

L'observation des structures atomiques des defauts dans les cristaux en microscopie electronique a transmission a haute resolution permet de tester l'applicabilite de la theorie de l'elasticite pour decrire l'etat de deformation a l'echelle de la maille cristalline. Un programme de calcul a ete concu pour construire les positions atomiques de n'importe quel cristal deforme par un large ensemble de defauts cristallins: 1) dislocations de matrice (al#2cu, superalliages a base nickel); 2) defauts periodiques appartenant aux structures interfaciales (joints de grains dans l'or, interface (gaas/gasb); 3) marches interfaciales. Pour traiter ces cas correctement, un nouveau concept appele dislocation de somigliana a ete utilise. Son application a ete satisfaisante pour cosi#2/si, ni#3al/ni#3nb et cfc/do#1#9. De plus, l'interpretation de certains defauts cristallins, observes a l'echelle atomique, montre les limites des theories actuelles, en particulier celle basee sur les reseaux de site en coincidence

Nous avons étudié expérimentalement la statique et la dynamique des déformations d'interfaces fluides induites par la pression de radiation acoustique d'un faisceau focalisé. Deux situations expérimentales ont été plus particulièrement étudiées : – nous avons réalisé un travail de métrologie pour tester pour la première fois la validité de l'expression de la pression de radiation acoustique sur des interfaces acoustiquement transparentes. Ce test a nécessité de mettre au point une technique de mesure de tension interfaciale in situ et sans contact utilisant la pression de radiation acoustique et de modéliser précisément la dynamique de la déformation d'interface. – lorsque l'interface liquide est parfaitement réfléchissante, une cavité acoustique se forme entre l'interface et l'émetteur, qui induit un fort couplage entre la propagation des ondes ultrasonores et la déformation de l'interface. Nous avons montré que ce couplage donne lieu à des phénomènes d'hystérésis, d'atténuation d'ondes capillaires par rétroaction passive, et d'oscillations spontanées de l'interface liquide.

Cette thèse traite de la modélisation multi-échelle de composites particulaires fortement chargés. La méthode d’estimation, qualifiée d’“Approche Morphologique” (A.M.), repose sur une double schématisation géométrique et cinématique du composite permettant de fournir la réponse aux deux échelles. Afin d’évaluer les capacités prédictives de l’A.M. en élasticité linéaire avec évolution de l’endommagement, l’A.M. est testée vis-à-vis de ses aptitudes à rendre compte des effets de taille et d’interaction de particules sur la chronologie de décohésion. Pour cela, différentes microstructures périodiques simples, aléatoires monomodales et bimodale générées numériquement sont considérées. Les résultats obtenus sont cohérents avec les données de la littérature : la décohésion des grosses particules précède celle des plus petites et est d’autant plus précoce que le taux de charges est important. Puis, l’objectif est de coupler deux non-linéarités traitées séparément dans deux versions antérieures de l’A.M : l’endommagement par décohésion charges/matrice et les grandes déformations. La formulation du problème de localisation-homogénéisation est reprise à la source de manière analytique. Le critère de nucléation de défauts est étendu en transformations finies. Le problème obtenu, fortement non-linéaire, est résolu numériquement via un algorithme de Newton-Raphson. Les étapes sous-jacentes à la résolution (calcul de la matrice tangente, codage en langage Python®) sont explicitées. Des évaluations progressives (matériaux sain et endommagé)permettent de valider la mise en oeuvre numérique. Les effets de taille et d’interaction sont alors restitués en transformations finies
This study is devoted to multi-scale modeling of highly-filled particulate composites.This method, the “Morphological Approach” (M.A.), is based on a geometrical and kinematicalschematization which allows the access to both local fields and homogenized response. In order toevaluate the predictive capacities of the M.A. considering a linear elastic behavior for the constituentsand evolution of damage, analysis is performed regarding the ability of the M.A. to accountfor particle size and interaction effects on debonding chronology. For that purpose, simple periodic,random monomodal and bimodal microstructures are considered. The results are consistent withliterature data : debonding of large particles occurs before the one of smaller particles and thehigher the particle volume fraction, the sooner the debonding. Finally, the objective is to operatethe coupling of two non linearities which were separately studied in previous versions of the M.A. :debonding between particles and matrix, and finite strains. The whole analytical background of theapproach is reconsidered in order to define the localization-homogenization problem. The nucleationcriterion is extended to the finite strains context. The final problem, strongly non linear, is numericallysolved through a Newton-Raphson algorithm. The different solving steps (jacobian matrix,coding with Python®) are developed. Progressive evaluations (sound and damage materials) allowthe validation of numerical implementation. Then, size and interaction effects are reproduced infinite strains

L’objectif de cette thèse est d’étudier expérimentalement les deformations de microcapsules dans un écoulement confiné. Les microcapsules sont composées d’albumine du sérum humain avec des concentrations de 5 à 20 [g/100mL]. Leur taille varie de 50 à 1000 [μm]. Les capsules sont injectées dans des écoulements de Poiseuille produits dans des canaux microfluidiques présentant deux sections différentes : circulaire ou carrée.La mesure des caractéristiques géométriques de microcapsules déformées couplée à des simulations numériques mène à la détermination du module de cisaillement surfacique. Cette caractéristique mécanique augmente fortement tant avec la taille qu’avec la concentration en protéine de la capsule, et plus précisément avec le produit de ces deux paramètres.Le fluide est ensemencé avec des microparticules pour mesurer l’écoulement induit par une capsule dans un capillaire cylindrique par la méthode de la vélocimétrie par suivi de particules. Les zones de recirculation et de perturbation sont alors déduites et comparées avec la simulation numérique d’un objet rigide dans un capillaire et présentant le profil donné par les expériences. Finalement un système original de visualisation optique est consacré à l’observation simultanée de la vue de côté et de la vue de face des capsules pour obtenir sa forme entière. Ceux-ci révèlent l’existence des plis tout autour de la membrane des capsules. Le seuil de formation et l’évolution de ces plis sont étudiés en fonction de la vitesse, de la taille et du confinement, dans des canaux de section circulaire ou carrée
The objective of this thesis is to study experimentally microcapsule deformations in confined flows. The microcapsules are made of cross-linked proteins, the human serum albumin (HSA) with concentrations from 5 to 20 [g/100mL]. Their size vary from 50 to 1000 [μm]. Capsules are injected in Poiseuille flows generated within microfluidics channels with two different cross sections geometries : circular or square.The measurement of geometrical characteristics of deformed microcapsules coupled with numerical simulations leads to the determination of the surface shear modulus. This mechanical characteristic increases strongly with both the size and the protein concentration of the capsule, and more precisely with the product of these two parameters.The flow is seeded with microparticles to measure the induced flow of a capsule in a cylindrical capillary by particle tracking velocimetry. The recirculation and perturbation zones are then deduced and compared with numerical simulation of a rigid body flowing in a capillary. Finally an original system of optical visualization is dedicated to the simultaneous observation of the side and the front view of the capsules to get its whole shape. These reveal radial wrinkles all around capsules membrane. The formation threshold and the evolution of these wrinkles are studied as function of the capsule velocity and size and the confinement within capillaries with circular or square cross–section