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Study of the dynamics of conductive fluids in the presence of localised magnetic fields. Application to the "Lorentz Force Flowmeter".

Viré, Axelle 02 September 2010 (has links)
When an electrically conducting fluid moves through a magnetic field, fluid mechanics and electromagnetism are coupled. This interaction is the object of magnetohydrodynamics, a discipline which covers a wide range of applications, from electromagnetic processing to plasma- and astro-physics. In this dissertation, the attention is restricted to turbulent liquid metal flows, typically encountered in steel and aluminium industries. Velocity measurements in such flows are extremely challenging because liquid metals are opaque, hot and often corrosive. Therefore, non-intrusive measurement devices are essential. One of them is the Lorentz force flowmeter. Its working principle is based on the generation of a force acting on a charge, which moves in a magnetic field. Recent studies have demonstrated that this technique can measure efficiently the mean velocity of a liquid metal. In the existing devices, however, the measurement depends on the electrical conductivity of the fluid. In this work, a novel version of this technique is developed in order to obtain measurements that are independent of the electrical conductivity. This is particularly appealing for metallurgical applications, where the conductivity often fluctuates in time and space. The study is entirely numerical and uses a flexible computational method, suitable for industrial flows. In this framework, the cost of numerical simulations increases drastically with the level of turbulence and the geometry complexity. Therefore, the simulations are commonly unresolved. Large eddy simulations are then very promising, since they introduce a subgrid model to mimic the dynamics of the unresolved turbulent eddies. The first part of this dissertation focuses on the quality and reliability of unresolved numerical simulations. The attention is drawn on the ambiguity that may arise when interpretating the results. Owing to coarse resolutions, numerical errors affect the performances of the discrete model, which in turn looses its physical meaning. In this work, a novel implementation of the turbulent strain rate appearing in the models is proposed. As opposed to its usual discretisation, the present strain rate is in accordance with the discrete equations of motion. Two types of flow are considered: decaying turbulence located far from boundaries, and turbulent flows between two parallel and infinite walls. Particular attention is given to the balance of resolved kinetic energy, in order to assess the role of the model. The second part of this dissertation deals with a novel version of Lorentz force flowmeters, consisting in one or two coils placed around a circular pipe. The forces acting on each coil are recorded in time as the liquid metal flows through the pipe. It is highlighted that the auto- or cross-correlation of these forces can be used to determine the flowrate. The reliability of the flowmeter is first investigated with a synthetic velocity profile associated to a single vortex ring, which is convected at a constant speed. This configuration is similar to the movement of a solid rod and enables a simple analysis of the flowmeter. Then, the flowmeter is applied to a realistic three-dimensional turbulent flow. In both cases, the influence of the geometrical parameters of the coils is systematically assessed.
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Dynamic Load Balancing Schemes for Large-scale HLA-based Simulations

De Grande, Robson E. 26 July 2012 (has links)
Dynamic balancing of computation and communication load is vital for the execution stability and performance of distributed, parallel simulations deployed on shared, unreliable resources of large-scale environments. High Level Architecture (HLA) based simulations can experience a decrease in performance due to imbalances that are produced initially and/or during run-time. These imbalances are generated by the dynamic load changes of distributed simulations or by unknown, non-managed background processes resulting from the non-dedication of shared resources. Due to the dynamic execution characteristics of elements that compose distributed simulation applications, the computational load and interaction dependencies of each simulation entity change during run-time. These dynamic changes lead to an irregular load and communication distribution, which increases overhead of resources and execution delays. A static partitioning of load is limited to deterministic applications and is incapable of predicting the dynamic changes caused by distributed applications or by external background processes. Due to the relevance in dynamically balancing load for distributed simulations, many balancing approaches have been proposed in order to offer a sub-optimal balancing solution, but they are limited to certain simulation aspects, specific to determined applications, or unaware of HLA-based simulation characteristics. Therefore, schemes for balancing the communication and computational load during the execution of distributed simulations are devised, adopting a hierarchical architecture. First, in order to enable the development of such balancing schemes, a migration technique is also employed to perform reliable and low-latency simulation load transfers. Then, a centralized balancing scheme is designed; this scheme employs local and cluster monitoring mechanisms in order to observe the distributed load changes and identify imbalances, and it uses load reallocation policies to determine a distribution of load and minimize imbalances. As a measure to overcome the drawbacks of this scheme, such as bottlenecks, overheads, global synchronization, and single point of failure, a distributed redistribution algorithm is designed. Extensions of the distributed balancing scheme are also developed to improve the detection of and the reaction to load imbalances. These extensions introduce communication delay detection, migration latency awareness, self-adaptation, and load oscillation prediction in the load redistribution algorithm. Such developed balancing systems successfully improved the use of shared resources and increased distributed simulations' performance.
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Dissipative Particle Dynamics Simulations Study on Organic Thiol Molecule-Au Nano-particles Aggregation and Protein Folding in Aqueous Solution

Juan, Shen-ching-chi 19 July 2005 (has links)
none
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Electric Field and Drift Characteristics Studies for the Multiwire Chambers of the Third Plane of HADES

Kanaki, Kalliopi 31 March 2010 (has links) (PDF)
Aim of this report is the investigation of suitable operational conditions for the drif{}t chambers MDC III installed in the HADES setup. The simulations performed showed that operating the drif{}t chambers in a mode with nearly constant electron drif{}t velocity in a predominant part of the cell allows a more precise and fast tracking. This is particularly important for electrons and positrons; here the invariant dilepton mass must be reconstructed with high precision to get a resolution of $\Delta M/M\approx 1\%$ for the $\omega$ and $\phi$ mass peaks and thus a chance to verify also small in-medium mass shif{}ts. This helps to realize the physics program at HADES which focuses on the search for such mass shif{}ts to get insight into the in-medium behaviour of hadrons in dense strongly interacting matter.
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INTEGRATED DECISION MAKING FOR PLANNING AND CONTROL OF DISTRIBUTED MANUFACTURING ENTERPRISES USING DYNAMIC-DATA-DRIVEN ADAPTIVE MULTI-SCALE SIMULATIONS (DDDAMS)

Celik, Nurcin January 2010 (has links)
Discrete-event simulation has become one of the most widely used analysis tools for large-scale, complex and dynamic systems such as supply chains as it can take randomness into account and address very detailed models. However, there are major challenges that are faced in simulating such systems, especially when they are used to support short-term decisions (e.g., operational decisions or maintenance and scheduling decisions considered in this research). First, a detailed simulation requires significant amounts of computation time. Second, given the enormous amount of dynamically-changing data that exists in the system, information needs to be updated wisely in the model in order to prevent unnecessary usage of computing and networking resources. Third, there is a lack of methods allowing dynamic data updates during the simulation execution. Overall, in a simulation-based planning and control framework, timely monitoring, analysis, and control is important not to disrupt a dynamically changing system. To meet this temporal requirement and address the above mentioned challenges, a Dynamic-Data-Driven Adaptive Multi-Scale Simulation (DDDAMS) paradigm is proposed to adaptively adjust the fidelity of a simulation model against available computational resources by incorporating dynamic data into the executing model, which then steers the measurement process for selective data update. To the best of our knowledge, the proposed DDDAMS methodology is one of the first efforts to present a coherent integrated decision making framework for timely planning and control of distributed manufacturing enterprises.To this end, comprehensive system architecture and methodologies are first proposed, where the components include 1) real time DDDAM-Simulation, 2) grid computing modules, 3) Web Service communication server, 4) database, 5) various sensors, and 6) real system. Four algorithms are then developed and embedded into a real-time simulator for enabling its DDDAMS capabilities such as abnormality detection, fidelity selection, fidelity assignment, and prediction and task generation. As part of the developed algorithms, improvements are made to the resampling techniques for sequential Bayesian inferencing, and their performance is benchmarked in terms of their resampling qualities and computational efficiencies. Grid computing and Web Services are used for computational resources management and inter-operable communications among distributed software components, respectively. A prototype of proposed DDDAM-Simulation was successfully implemented for preventive maintenance scheduling and part routing scheduling in a semiconductor manufacturing supply chain, where the results look quite promising.
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Contribution à la prévision de l'érosion de cavitation à partir de simulations numériques : proposition d'un modèle à deux échelles pour l'estimation du chargement imposé en paroi par le fluide / Contribution to the prediction of cavitation erosion from numerical simulations : proposition of a two scales model to estimate the charge imposed by the fluid

Krumenacker, Laurent 29 January 2015 (has links)
Lors du fonctionnement d'une installation hydraulique, l'apparition de zone de cavitation dans l'écoulement peut entraîner un endommagement important sur la surface des matériaux. La quantification de l'intensité de cavitation sur les composants hydrauliques serait utile à la fois pour mieux concevoir les nouveaux équipements en projet, mais aussi pour améliorer la conduite et optimiser la maintenance des matériels existants. Au vu du grand nombre de paramètres régissant les écoulements cavitants, l'élaboration de lois de similitudes universelles à partir d'expériences est délicate. Avec l'augmentation des moyens de calculs, la simulation numérique est un outil pour étudier ce phénomène sur des géométries variées. La principale difficulté de cette démarche réside dans la différence d'échelles existant entre les simulations numériques U-RANS servant à simuler l'écoulement cavitant et les mécanismes d'implosion de bulles jugés responsables de l'endommagement sur le solide. La méthode proposée dans ce manuscrit s'appuie sur un post-traitement des simulations U-RANS afin de caractériser une distribution de bulles et de simuler leurs comportements à de plus petites échelles spatiales et temporelles. Dans un premier temps, notre travail consiste à expliciter les équations locales de conservation de masse, de quantité de mouvement et d'énergie pour un écoulement liquide/gaz comprenant deux espèces eau/air. Ce travail mène à l'élaboration de grandeurs de mélange prenant notamment en compte la présence de gaz incondensables au sein du fluide. Des hypothèses permettent de rendre ce système équivalent à ceux, utilisant une approche homogène, implémentés dans les codes de simulations d'écoulements cavitants instationnaires développés précédemment au laboratoire. La caractérisation des populations de bulles effectuée par le post-traitement prend ainsi en considération à la fois la tension superficielle et la présence de gaz incondensables. Dans un deuxième temps, l'élaboration d'un code de calcul permettant la simulation de la dynamique d'un nuage de bulles est débutée. Ce dernier a pour ambition de tenir compte à la fois des interactions entre les bulles et des déformations non sphériques que celles-ci peuvent subir à l'aide d'une méthode potentielle. Des premiers résultats de simulations sont présentés dans ce manuscrit et permettent de tenir compte de faibles déformations des bulles. La dernière étape de ce travail consiste à proposer une méthode de chaînage entre ces deux échelles en initialisant le calcul de dynamique de bulles à l'aide des résultats du calcul U-RANS. L'énergie émise lors de l'implosion des bulles et impactant la surface solide est ainsi calculée, caractérisant de ce fait le chargement imposé par l'écoulement sur le matériau. Cette méthode est par la suite appliquée sur différentes géométries en comparant à chaque fois les résultats obtenus à des expériences. Nous comparons également nos résultats à des méthodes précédemment établies au sein du laboratoire afin d'évaluer la pertinence de cette approche. / During the life's cycle of a hydraulic installation, the occurrence of cavitation can cause significant damages on the material's surface. The quantification of the cavitation intensity in different geometry can be useful to get better designs for new installations, but also to improve the operating and to optimize maintenance of existing equipments. The development of universal laws of similarity from experiments is difficult due to the large number of parameters governing cavitating flows. With the increase of computational performance, numerical simulations offer the opportunity to study this phenomenon in various geometries. The main difficulty of this approach is the scale's difference existing between the numerical simulations U-RANS used to calculate the cavitating flow and mechanisms of bubble's collapse held responsible for damages on the solid. The proposed method in this thesis is based on a textbf{post-treatment} of the textbf{U-RANS} simulations to characterize a distribution of bubbles and to simulate their behavior at lower spatial and temporal scales. Our first objective is to make explicit a system of equations corresponding to phenomena occurring locally in the two-phase flow. This work leads to the development of mixture variables taking into account the presence of non-condensable gases in the fluid. Assumptions are taken to make the system, after using the Reynolds averaging procedure, equivalent to those, using a homogeneous approach, implemented in the unsteady cavitating flows solvers previously developed in the laboratory. The characterization of bubbles made by this post-treatment takes into account both the surface tension and the presence of non-condensable gases. The development of a solver for the simulation of the dynamic of a bubble cloud is started. It aims to take into account both the interactions between bubbles and non-spherical deformations with a potential method. First results of these simulations are presented and small non-spherical deformations occurring during the collapse can be observed. Finally, we propose a chained method between these two systems initializing the bubble dynamic solver with results of U-RANS simulations. The energy emitted during the implosion of bubbles impacting the solid surface is calculated. So the aggressiveness of the flow on the material can be characterized. We apply this method on different flows to compare numerical and experimental results.
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Contribution à la prévision de l'érosion de cavitation à partir de simulations numériques : proposition d'un modèle à deux échelles pour l'estimation du chargement imposé en paroi par le fluide / Contribution to the prediction of cavitation erosion from numerical simulations : proposition of a two scales model to estimate the charge imposed by the fluid

Krumenacker, Laurent 29 January 2015 (has links)
Lors du fonctionnement d'une installation hydraulique, l'apparition de zone de cavitation dans l'écoulement peut entraîner un endommagement important sur la surface des matériaux. La quantification de l'intensité de cavitation sur les composants hydrauliques serait utile à la fois pour mieux concevoir les nouveaux équipements en projet, mais aussi pour améliorer la conduite et optimiser la maintenance des matériels existants. Au vu du grand nombre de paramètres régissant les écoulements cavitants, l'élaboration de lois de similitudes universelles à partir d'expériences est délicate. Avec l'augmentation des moyens de calculs, la simulation numérique est un outil pour étudier ce phénomène sur des géométries variées. La principale difficulté de cette démarche réside dans la différence d'échelles existant entre les simulations numériques U-RANS servant à simuler l'écoulement cavitant et les mécanismes d'implosion de bulles jugés responsables de l'endommagement sur le solide. La méthode proposée dans ce manuscrit s'appuie sur un post-traitement des simulations U-RANS afin de caractériser une distribution de bulles et de simuler leurs comportements à de plus petites échelles spatiales et temporelles. Dans un premier temps, notre travail consiste à expliciter les équations locales de conservation de masse, de quantité de mouvement et d'énergie pour un écoulement liquide/gaz comprenant deux espèces eau/air. Ce travail mène à l'élaboration de grandeurs de mélange prenant notamment en compte la présence de gaz incondensables au sein du fluide. Des hypothèses permettent de rendre ce système équivalent à ceux, utilisant une approche homogène, implémentés dans les codes de simulations d'écoulements cavitants instationnaires développés précédemment au laboratoire. La caractérisation des populations de bulles effectuée par le post-traitement prend ainsi en considération à la fois la tension superficielle et la présence de gaz incondensables. Dans un deuxième temps, l'élaboration d'un code de calcul permettant la simulation de la dynamique d'un nuage de bulles est débutée. Ce dernier a pour ambition de tenir compte à la fois des interactions entre les bulles et des déformations non sphériques que celles-ci peuvent subir à l'aide d'une méthode potentielle. Des premiers résultats de simulations sont présentés dans ce manuscrit et permettent de tenir compte de faibles déformations des bulles. La dernière étape de ce travail consiste à proposer une méthode de chaînage entre ces deux échelles en initialisant le calcul de dynamique de bulles à l'aide des résultats du calcul U-RANS. L'énergie émise lors de l'implosion des bulles et impactant la surface solide est ainsi calculée, caractérisant de ce fait le chargement imposé par l'écoulement sur le matériau. Cette méthode est par la suite appliquée sur différentes géométries en comparant à chaque fois les résultats obtenus à des expériences. Nous comparons également nos résultats à des méthodes précédemment établies au sein du laboratoire afin d'évaluer la pertinence de cette approche. / During the life's cycle of a hydraulic installation, the occurrence of cavitation can cause significant damages on the material's surface. The quantification of the cavitation intensity in different geometry can be useful to get better designs for new installations, but also to improve the operating and to optimize maintenance of existing equipments. The development of universal laws of similarity from experiments is difficult due to the large number of parameters governing cavitating flows. With the increase of computational performance, numerical simulations offer the opportunity to study this phenomenon in various geometries. The main difficulty of this approach is the scale's difference existing between the numerical simulations U-RANS used to calculate the cavitating flow and mechanisms of bubble's collapse held responsible for damages on the solid. The proposed method in this thesis is based on a textbf{post-treatment} of the textbf{U-RANS} simulations to characterize a distribution of bubbles and to simulate their behavior at lower spatial and temporal scales. Our first objective is to make explicit a system of equations corresponding to phenomena occurring locally in the two-phase flow. This work leads to the development of mixture variables taking into account the presence of non-condensable gases in the fluid. Assumptions are taken to make the system, after using the Reynolds averaging procedure, equivalent to those, using a homogeneous approach, implemented in the unsteady cavitating flows solvers previously developed in the laboratory. The characterization of bubbles made by this post-treatment takes into account both the surface tension and the presence of non-condensable gases. The development of a solver for the simulation of the dynamic of a bubble cloud is started. It aims to take into account both the interactions between bubbles and non-spherical deformations with a potential method. First results of these simulations are presented and small non-spherical deformations occurring during the collapse can be observed. Finally, we propose a chained method between these two systems initializing the bubble dynamic solver with results of U-RANS simulations. The energy emitted during the implosion of bubbles impacting the solid surface is calculated. So the aggressiveness of the flow on the material can be characterized. We apply this method on different flows to compare numerical and experimental results.
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Dynamique à grande échelle des disques protoplanétaires / Large scale dynamics of protoplanetary disks

Bethune, William 03 July 2017 (has links)
Cette thèse est dédiée aux processus de transport de moment cinétique et de flux magnétique dans les disques faiblement magnétisés et faiblement ionisés ; l’influence des effets microphysiques sur la dynamique du disque à grande échelle y est centrale. Dans un premier temps, j’exclue les effets de stratification et j’examine l’impact des effets MHD non-idéaux sur la turbulence dans le plan du disque. Je montre que l’écoulement peut spontanément s’organiser si la fraction d’ionisation est assez faible ; dans ce cas, l’accrétion est stoppée, et le disque exhibe des anneaux axisymétriques susceptibles d’affecter la formation planétaire. Dans un second temps, je caractérise l’interaction du disque avec un vent magnétisé via un modèle global de disque stratifié. Ce modèle est le premier à décrire globalement les effets MHD non-idéaux d’après un réseau chimique simplifié. Il révèle que le disque est essentiellement non-turbulent, et que le champ magnétique peut adopter différentes configurations globales, affectant drastiquement les processus de transport. Un nouveau processus d’auto-organisation est identifié, produisant aussi des structures axisymétriques, tandis que le précédent est invalidé par l’action du vent. Les propriétés des vents magnéto-thermiques sont examinées pour différentes magnétisations, permettant de discriminer les vents magnétisés des vents photo-évaporés par leur efficacité d’éjection. / This thesis is devoted to the transport of angular momentum and magnetic flux through weakly ionized and weakly magnetized accretion disks ; the role of microphysical effects on the large- scale dynamics of the disk is of primary importance. As a first step, I exclude stratification effects and examine the impact of non-ideal MHD effects on the turbulent properties near the disk midplane. I show that the flow can spontaneously organize itself if the ionization fraction is low enough ; in this case, accretion is halted and the disk exhibits axisymmetric structures, with possible consequences on planetary formation. As a second step, I study the disk-wind interaction via a global model of stratified disk. This model is the first to compute non-ideal MHD effects from a simplified chemical network in a global geometry. It reveals that the flow is essentially laminar, and that the magnetic field can adopt different global configurations, drastically affecting the transport processes. A new self-organization process is identified, also leading to the formation of axisymmetric structures, whereas the previous mechanism is discarded by the action of the wind. The properties of magneto-thermal winds are examined for various magnetizations, allowing discrimination between magnetized and photo-evaporative winds based upon their ejection efficiency.
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Computer simulations of supercooled liquids near the experimental glass transition / Simulations numériques des liquides surfondus près de la transition vitreuse expérimentale

Ninarello, Andrea Saverio 02 October 2017 (has links)
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 vitreuse. / Understanding 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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Processus de relaxation d’´énergie dans les nanoscintillateurs / Energy relaxation processes in nanoscintillators

Bulin, Anne-Laure 09 October 2014 (has links)
Ce travail porte sur l'étude de nanoparticules scintillatrices qui sont capables, par définition, de convertir un rayonnement ionisant en lumière visible ou proche UV. Si le processus de scintillation est actuellement bien connu dans le cas des matériaux macroscopiques, les perturbations susceptibles d'apparaître pour des nanomatériaux le sont moins. En effet, des modifications peuvent être induites par le confinement spatial et les spécificités de structure propres aux nanomatériaux. L'étude de ces perturbations constitue l'objet de cette thèse. Le manuscrit se divise en trois parties. La première vise à quantifier la fraction d'énergie qui se dépose dans une assemblée de nanoparticules après interaction avec un photon haute énergie (X ) ou en réalisant des simulations Monte Carlo basées sur le code de calcul Geant4. La deuxième partie présente un travail expérimental exploratoire qui consiste à comparer des mesures de spectroscopie résolue en temps pour des nanoparticules et un monocristal afin d'extraire des informations sur les étapes de thermalisation et de recombinaison radiative spécifiques aux nanoparticules. La dernière partie de ce manuscrit présente l'étude d'une application novatrice des nanoscintillateurs comme agents thérapeutiques. Ils sont alors utilisés pour activer sous excitation X l'effet photodynamique, base d'une thérapie anti-cancéreuse actuellement limitée au traitement de lésions superficielles / This work deals with scintillating nanoparticles, material able to convert ionizing radiations into visible or Ultra-Violet light. The scintillation process is currently well-known for bulk materials. However, for nanomaterials, several steps of the scintillation process are likely to be slightly modified mainly because of the spatial confinement of charges and the structure specificities in nanomaterials. The study of such perturbations is the aim of this thesis. The manuscript is divided into three parts. The first one aims to quantify the amount of deposited energy within a set of nanoparticles after the interaction with a high energy photon (X or –rays). We thus developed Monte Carlo simulations with the Geant4 toolkit to quantify this energy. The second part presents an exploratory experimental study that consists in comparing time resolved spectroscopy measurements for nanoparticles and a single crystal. The aim is to extract a few tendencies on the thermalization and on the radiative recombination processes specific to nanoscintillators. The last part of this thesis presents an application of nanoscintillators as therapeutic agents. In that case, they are used to activate the photodynamic effect under X-ray irradiation. This last effect is the basis of the photodynamic therapy, an anticancer treatment currently limited to superficial tumors

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