Kinetic roughening of a soft dewetting line under quenched disorder - a numerical study

A molecular-dynamics type simulation method, which is suitable for investigating the dewetting dynamics of thin and viscous liquid layers, is discussed. The efficiency of the method is exemplified by studying a two-parameter depinning-like model defined on inhomogeneous solid surfaces. The morphology and the statistical properties of the contact line is mapped in the relevant parameter space, and as a result critical behavior in the vicinity of the depinning transition is revealed. The model allows for the tearing of the layer, which leads to a new propagation regime resulting in non-trivial collective behavior. The large deformations observed for the interface is a result of the interplay between the substrate inhomogeneities and the capillary forces.Comment: 12 pages, 10 figure

Centric diatom morphogenesis: a model based on a DLA algorithm investigating the potential role of microtubules

AbstractDiatoms are single-celled algae which possess characteristic rigid cell walls (frustules) composed of amorphous silica. Frustule formation occurs within a specialised organelle termed the silica deposition vesicle (SDV). During diatom morphogenesis, silica particles are transported to the SDV by silica transport vesicles. Once released within the SDV, the particles are then thought to diffuse until they encounter part of the growing aggregate upon which they adhere. The particles may then undergo a further period of surface relocalisation (sintering) which leads to a smoothing of the surface. A number of computer simulations based on a modified diffusion-limited aggregation (DLA) algorithm, have been undertaken to investigate the potential role of microtubules (which are known to be associated with the periphery of the SDV) in localising deposition of new siliceous material. Based on our findings, we present a new model of diatom morphogenesis which is able to account for many morphological features of diatoms including the influence of environmental effects such as changes in pH and salinity, and the formation of a regular branched pattern

Mécanismes moléculaires de l'agrégation de l'insuline induite par la surface des matériaux

L'agrégation protéique induite par la surface des matériaux est un phénomène important dans la stabilité des protéines thérapeutiques. En utilisant l'insuline humaine, nous avons étudié les phénomènes agrégation en présence de surfaces neutres hydrophobes ou hydrophiles et avons montré que la nucléation a lieu sur les surfaces hydrophobes que l'on soit à pH 2.5 ou 7.3. Nous avons montré que l'énergie d'activation de la nucléation est abaissée sur surface hydrophobe. De plus, il apparait que l'agitation de la solution a des effets antagonistes. En particulier, les forces hydrodynamiques de cisaillement détachent de la surface les fibres. Par Résonance Plasmonique de Surface, spectroscopie infrarouge et microscopie à fluorescence, nous avons pu définir les étapes moléculaires ayant lieu à l'interface matériaux hydrophobe/solution. L'insuline s'adsorbe tout d'abord rapidement sur la surface, puis s'accumule lentement parallèlement à une transition de la structure a initiale vers une structure b, aboutissant à la formation de fibres amyloïdes. Par la suite, nous avons étudié le mécanisme d'action d'un peptide connu pour accélérer l'agrégation de l'insuline (LVEALYL). Ce peptide s'adsorbe de façon stable sur la surface hydrophobe en structure b et facilite l'accumulation d'insuline. De plus, il apparait que la séquence du peptide n'est pas essentielle à son action car différents peptides adoptant une structure b sur la surface sont également capables d'induire l'agrégation de l'insuline. La présence de prolines aboli cette action. Ces résultats apportent d'importantes informations sur les mécanismes moléculaires d'auto-association de l'insuline. L'hydrophobicité du matériau facilite le dépliement de l'insuline adsorbée, aboutissant à l'exposition du segment LVEALYL. Cette séquence facilite la propagation du changement de conformation vers les molécules nouvellement adsorbées. Agir contre ce phénomène pourrait permettre de stabiliser les solutions protéiques.Material surface-induced protein aggregation is important for the stability of therapeutic proteins. Using human insulin, we first study its amyloidal aggregation on neutral hydrophobic or hydrophilic surfaces and show that nucleation takes place on the hydrophobic surfaces at both pH 2.5 and 7.3. We show that the activation energy for nucleation is lower on hydrophobic surfaces than in solution. We observed that agitating the solution has several antagonistic effects. In particular, the hydrodynamic shear stress detaches surface-borne fibrils. Using Surface Plasmon Resonance imaging, infrared spectroscopy and fluorescence microscopy we then define the sequence of molecular events that happen at the interface between hydrophobic materials and fluid phase. Insulin first adsorbs rapidly on the surface and then continues to accumulate, in parallel with an alpha-to beta-structural transition leading to amyloid fibril formation. Hereafter, we study the mechanism of action of a small peptide known to accelerate insulin aggregation (LVEALYL). This peptide stably adsorbs in b-conformation on the surface and helps accumulating insulin on the surface. Moreover, it appears that its sequence is not essential for its effectiveness, since several peptides, having a b-sheet structure on the surface, induce insulin aggregation. The presence of prolines abolishes its pro-aggregative activity. These results shed light on the molecular details of insulin self-association. The hydrophobic nature of material surfaces facilitates the unfolding of adsorbed insulin, resulting in the exposure of the LVEALYL peptide segment. This peptide promotes the propagation of conformational changes among incoming proteins. Counteracting this propagation could help stabilizing protein solutions.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Short- and long-term influence of litter quality and quantity on simulated heterotrophic soil respiration in a lowland tropical forest

Heterotrophic soil respiration (SRH) alone can contribute up to 50% of total ecosystem respiration in tropical forests. Whereas the abiotic controls of SRH have been extensively studied, the influence of plant traits is less well characterised. We used field experiments and a modelling approach to test the relative influence of plant traits on SRH in lowland tropical forest in French Guiana. We measured leaf- and root litter traits for five common tree species and conducted a root decomposition experiment to evaluate the influence of root chemistry on decay rates. We measured SRH in trenched plots and used our field measurements to parameterize and test the Century model of soil C dynamics. Overall, the Century model performed well in simulating SRH, and species-specific root decomposition in Century corresponded well to decomposition rates measured in situ. Root litter characterized by low lignin-to-nitrogen ratios decomposed more rapidly than low-quality root litter during the first 6 months. Model runs over different time scales revealed that litter quality substantially influenced SRH on an annual time-scale by determining the rates of root- and leaf litter decomposition. However, litter mass had an overriding influence on SRH over the longer term in 20-year model runs. Synthesis Using simple plant trait data to parameterise the Century model, we were able to accurately simulate changes in SRH in a lowland tropical forest. Our results suggest that this approach could be used to predict changes in tropical soil C dynamics under global change scenarios by including data on changes in plant productivity and C inputs to the soil (for example litterfall and root turnover)

Rejoindre la filière nucléaire ? Distinguer le courant de l’écume…

À consulter les médias, il y aurait presque une forme de masochisme à plaider pour la filière nucléaire par les temps qui courent : problèmes de dérive des coûts, acceptation du public, perte de compétences, défauts de qualité, manque de compétitivité, positionnement difficile à l’international… pas un seul jour sans que quelque plumitif n’en rajoute une couche… Quand ce n’est pas la filière elle-même qui fait le dos rond au lieu de répliquer aux attaques. On nous sert à satiété la décision de sortie du nucléaire de nos voisins, sans jamais dire que 200 centrales nucléaires sont planifiées pour être construites de par le monde… Mais si les problèmes du nucléaire sont bien réels, la charge médiatique ne fait que confirmer ce qu’André Gide disait du journalisme : « C’est ce qui est moins intéressant demain qu’aujourd’hui »

Conception architecturale appliquée aux matériaux sandwichs pour propriétés multifonctionnelles.

Cette thèse suit une démarche materials-by-design avec pour objectif le développement d'une méthode de conception dédiée aux panneaux sandwichs architecturés pour l'obtention de propriétés multifonctionnelles. Cette méthode s'appuie sur l'utilisation d'un algorithme génétique permettant simultanément une sélection de matériaux (variables discrètes) et un pré-dimensionnement du panneau (variables continues). Trois architectures de cœur ont été étudiées : les mousses, les nids-d'abeilles hexagonaux et les treillis tétraédriques. Dans cette thèse, on définit deux approches différentes de sélection des matériaux. Dans un premier temps, les matériaux architecturés sont considérés comme des matériaux existants, dont les propriétés sont référencées dans une base de données fermée. Cette approche est appelée optimisation par voie réelle . Afin d'ouvrir les possibilités en termes de sélection de matériaux, la deuxième approche considère une description semi-continue des matériaux architecturés et est appelée optimisation par voie virtuelle . Le matériau cœur est décrit par un matériau constitutif (variable discrète) et par une ou plusieurs variables géométriques continues représentant l'architecture. Utilisant ces deux approches, différentes propriétés d'emploi des panneaux sandwichs sont évaluées : rigidité et résistance en flexion, atténuation acoustique, résistance et isolation thermique, et enfin résistance aux chocs impulsionnels. Chaque fonction est optimisée à masse minimale par optimisation bi-objectifs. Différents cas d'optimisation tri-objectifs sont également présentés afin d'évaluer la compatibilité entre propriétés. En effet, la forme de la surface de compromis obtenue donne une indication sur la compatibilité entre les différents critères. Cette étape d'optimisation permet également l'identification des paramètres de conception optimaux. Dans le cas d'une optimisation par voie virtuelle , une comparaison directe entre architectures est aussi possible. Cependant, la démarche d'optimisation mise en place est complexe car globale et travaillant avec des variables mixtes. Deux méthodes mixtes, couplant l'algorithme génétique avec d'autres approches, sont proposées pour permettre un accroissement de la complexité de l'analyse tout en garantissant une complexité raisonnable de l'optimisation.The present thesis aims at developing a design method dedicated to the optimization of architectured sandwich panels for multifunctional properties following a materials-by-design approach. This method is based on a genetic algorithm which enables to deal with materials selection (discrete variables) and geometrical dimensioning (continuous variables) simultaneously. Three core architectures have been investigated: foams, hexagonal honeycombs and tetrahedral truss structures. In this thesis, two main paths for material selection are defined. In the first one, architectured materials are considered as existing materials with properties referenced in a closed materials database. This is called the real path optimization. In order to expand the range of possibilities in terms of materials selection, a semi-continuous description of the architectured materials is considered in the second path, which is called virtual path optimization. The core material is described by a constitutive material (discrete variable) and a set of continuous geometrical variables representing the architecture. Using these two aforementioned approaches, several working properties of sandwich panels have been evaluated: flexural stiffness and strength, acoustic damping, thermal resistance and insulation, and finally blast mitigation. Bi-objective optimizations were performed in order to optimize each property in a minimal weight design. Some tri-objective cases are also presented, thus assessing the compatibility between different specifications. Indeed, this is achieved by relating trade-off surface shape to the compatibility between specifications. The optimization results also help identify the optimal design regarding the different criteria. Using the virtual path approach, a direct comparison between the different core architectures is achievable. Nevertheless, by being global and dealing with mixed variables, the obtained optimization process is complex. Two mixed methods where genetic algorithm is coupled with other approaches are proposed in order to increase the analysis complexity while providing a reasonable optimization complexity.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Approche variable interne de fluage et recristallisation des alliages en zirconium

Les gaines nucléaires en Zircaloy-4 constituent la barrière primaire protégeant l'environnement externe des pastilles de combustible et des produits de fission. Cette thèse a pour objectif une meilleure compréhension du comportement thermomécanique du Zirca-loy-4 au cours des périodes transitoires de transport et d'entreposage des assemblages de combustibles usagés.Un premier modèle couplé de restauration et de germination-croissance des grains a été développé qui permet de reproduire le comportement du Zircaloy-4 observé expérimentale-ment au cours des étapes de restauration et de recristallisation. Il permet de prédire les dé-formations et les températures critiques en condition isotherme ainsi que le comportement du Zircaloy-4 au cours d'étapes de recristallisation en conditions anisothermes.Un second modèle à variables internes de type Kocks-Mecking-Estrin a été développé dans le but d'introduire le durcissement cinématique associé aux contraintes d'incompatibilité en-tre les grains. Un modèle de désépinglage des dislocations mobiles a été couplé, permettant de décrire le pic d'écoulement dans le matériau complètement recristallisé. Ce couplage permet de reproduire les essais expérimentaux de fluage et en traction à vitesse constante, réalisés sur du Zircaloy-4 détendu ou recristallisé.Les interactions élastiques entre l'hydrogène en solution solide et les dislocations ont été examinées en utilisant le modèle développé par Château et al.. L'écrantage élastique a pu ainsi être introduit dans les modèles d'évolution de la microstructure et de déformation plas-tique développés. Les résultats obtenus sont en accord qualitatif avec les résultats expéri-mentaux obtenus.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Evolution de l'état de précipitation dans un alliage Al-Zn-Mg lors de traitements thermiques anisothermes et dans la zone affectée thermiquement de joints soudés

Le soudage des alliages Al-Zn-Mg est de plus en plus utilisé dans l'industrie du transport. Les variations brutales de température induites par le soudage à l'arc provoquent des modifications importantes de la microstructure dans la zone dite affectée thermiquement. Cette étude porte sur l'évolution de la précipitation suite à ce procédé de l'alliage 7108.50 présentant différentes microstructures initiales. Une caractérisation fine des précipités durcissants dans la zone affectée thermiquement a été menée par SAXS, MET et DSC juste après soudage et après traitements thermiques post-soudage. Afin de mieux cerner les mécanismes influençant la précipitation au cours de ce procédé anisotherme, des traitements thermiques contrôlés, de type réversion ou rampes de montée en température, ont également été étudiés. Un modèle basé sur l'évolution d'une distribution en taille de particules a été développé afin de prédire l'état de précipitation après divers traitements thermiques, dont le soudage.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Aides informatisées à la selection des matériaux et des procédés dans la conception des pièces de structure

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocLIMOGES-ENSCI (870852305) / SudocSudocFranceF