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Swimming water droplet in complex environment, confinement, gravity and collective effects.
No full textLa vie est d’une extraordinaire diversité. Peut-être plus merveilleux encore, les systèmes vivants partagent des caractéristiques communes : la compartimentalisation, la croissance et la division, le traitement d’informations, la transduction d’énergie et la capacité à s’adapter. La capacité à se mouvoir, en particulier, joue un rôle crucial dans la compétition entre espèces. La physique à l’échelle micrométrique étant différente de celle à notre échelle macroscopique, les micro-nageurs ont des stratégies spécifiques pour se déplacer. Comprendre ces stratégies est capital au niveau fondamental pour appréhender le comportement des micro-nageurs biologiques, mais aussi pour développer des applications techniques et médicales, où des nageurs artificiels permettent d’effectuer de nombreuses tâches (transport, mélange). Dans ce contexte, les micronageurs biologiques et artificiels ont été abondamment étudiés, et nous plaçons notre étude dans le cadre d’un environnement réaliste, et donc complexe, où la nage est influencée par des facteurs extérieurs (la géométrie, une force extérieure, d’autres nageurs). Tout au long de cette étude, nous utilisons la microfluidique pour créer, mettre en situation complexe et observer un nageur modèle : une goutte d’eau nageuse dans une solution d’huile et de micelles. Il a été montré que la nage de la goutte est due au couplage non linéaire entre l’hydrodynamique et l’advection-diffusion de micelles remplies d’eau. Nous étudions d’abord l’effet du confinement en utilisant une technique de micro-PIV en 3D. La présence d’un mur brise l’axisymétrie naturelle du problème. Nous proposons une formulation analytique simplifiée qui prend en compte la présence du mur et la densité de la goutte. Ce modèle décrit l’hydrodynamique longue distance en présence d’un mur, qui diffère de celle en l’absence de mur. Nous regardons ensuite des géométries plus confinées : des capillaires en verre. Nous observons que la vitesse des gouttes décroît quand le confinement augmente, mais sature à une valeur faible mais finie quand la goutte devient plus longue que la hauteur du capillaire. Dans des géométries plus complexes, telles que des capillaires étirés, nous observons un étonnant phénomène de divisions spontanées successives de la goutte pour les grands confinements. Nous montrons que ce cela vient d’une saturation en micelle gonflée le long de l’interface de la goutte. La présence d’une force extérieure a aussi une influence sur le comportement de la goutte. En 2D, nous observons pour une goutte sur un plan incliné que la gravité oriente la dynamique et que pour une forte gravité, la vitesse de la goutte est plus que la simple composition des vitesses due à la gravité et à l’activité. Nous confrontons ces résultats à une étude théorique du mécanisme d’instabilité en présence de gravité. En 1D, la goutte a un comportement similaire, mais nage aussi contre la gravité. Nous finissons en étudiant la dynamique collective des gouttes en canal 1D. Le système expérimental présente une phénoménologie riche : des gouttes voisines s’alignent et forment de larges trains. Nous observons que l’interaction entre deux gouttes qui se « collisionnent » est le résultat d’un effet combiné des fluctuations de vitesses et de l’absence d’invariance galiléenne. Nous construisons un modèle simple de particules actives, et à l’aide d’outils analytiques et numériques, nous montrons qu’il existe une transition vers une dynamique collective. En conclusion, la goutte nageuse partage de nombreuses similarités avec les systèmes vivants : la compartimentalisation (une goutte), la division (quand elle est confinée), la transduction d’énergie (par relaxation thermodynamique), et la capacité à s’adapter à son environnement (par la nage). Au-delà de la simple étude de notre système particulier, ces études donnent de nombreuses clés de compréhension sur des phénomènes à l’interface de l’hydrodynamique, de la physico-chimie et de la matière active.One may simply be amazed in front of the diversity and complexity of life. Yet, and maybe even more bewildering, living systems all share common hallmarks: compartmentalization, growth and division, information processing, energy transduction and adaptability. In particular, the mobility plays a crucial role in the competitiveness between different species. Physics at microscales is different from the one we are used to at our macroscopic scale. This is why, micro-swimmers have developed specific strategies to induce motion. The understanding of such strategies is crucial at the fundamental level to apprehend the behavior of biological micro-swimmer, but also to achieve artificial locomotion in a surrounding fluid at the micron-scale, in order to perform a multitude of tasks in technical and medical applications (transport, mixing), which has become a central goal of nanoscience. In this context, biological and artificial micro-swimmers have been intensively studied, and we place our study in the framework of swimming in a realistic and complex environment, in the case where external factors (confinement, external force, other swimmers) may influence the swimming properties. In this work, using microfluidic, we create, put into complex situation and observe a model swimmer: a pure water swimming droplet in an outer oil-micelle solution. It was shown that the droplet motion emerges from the nonlinear coupling of hydrodynamics and advection-diffusion of micelles filled with water. We first study the effect of confinement on such geometries using confocal PIV in 3D. The presence of one wall breaks the natural axisymmetry of the flow field. We propose a simplified analytical formulation taking into account the presence of the wall and the effect of buoyancy. This model accounts for the far field hydrodynamic of the droplet close to a wall that differs from the no-wall case. We then look at more confined geometries using glass capillary microfluidic. The velocity of the droplet decreases with increasing confinement; but surprisingly; it saturates at a non-zero value for droplets bigger than the channel height: even very long droplets swim. In more complex geometries, such as stretched capillaries; the droplet elongates while swimming, and amazingly, may undergo successive spontaneous splitting events for high enough confinement. We show that this behavior comes from a saturation in the swollen micelles concentration along the droplet length. External force - such as gravity – also influence the droplet behavior. In 2D, by observing a swimming droplet on an inclined plane, we show that gravity orients the droplet, and that under strong gravity, the droplet’s velocity is more than the simple additivity of the gravity and activity. This is discussed in the light of a theoretical study of the instability mechanism under an external force. The droplet in 1D exhibit a similar behavior, but is also able to swim against gravity. Finally, we investigate their collective dynamics in a 1D micro-fluidic channel. We observe experimentally a rich phenomenology: neighboring droplets align and form large trains. Exanimating the interactions between two "colliding" droplets shows that alignment rises from the interplay between velocity fluctuations and the absence of Galilean invariance. Taking these observations as the basis for a minimalistic 1D model of active particles and combining analytical and numerical arguments, we show that the system exhibits a transition to collective motion. Altogether, the swimming droplet shares numerous similarities with living system: compartmentalization (a droplet), division (under confinement), energy transduction (by thermodynamic relaxation) and adaptability (through the swimming). Beyond the simple understanding of our peculiar system, these studies give insight on various phenomena at the interface of hydrodynamics, physico-chemical engineering and active matter
Splendeur et misère de l'effet lotus
No full textHydrophobic surfaces can be made super-hydrophobic by creating a texture on them. This effect, sometimes referred to as the "fakir" effect, is due to air trapped in the structure : the textured substrate behaves as a composite surface made of solid and air, and displays enhanced hydrophobicity. We give evidence for this effect using forests of micro-pillars which we obtained by micro-fabrication techniques. This situation where the drop sits on the top of the micro-pillars is not always the most stable : the liquid can prefer to fill in the texture. We have studied the transition between these two states by different ways : by pressing on drops, by letting drops evaporate and by carrying impact experiments. We have also achieved surfaces displaying gradients in the density of micro-pillars and have discussed the possibility to observe spontaneous movement of droplets. At last, we have studied the wicking of well-defined surfaces by wetting liquids and have inferred dynamics laws of imbibition.Une surface hydrophobe peut être rendue hyperhydrophobe si on la rend rugueuse. Cet effet, que l'on appelle souvent l'effet "fakir", est dû au piégeage d'air dans la structure. Une goutte repose alors sur une surface composite faite de solide et d'air. Nous montrons cet effet sur des surfaces constituées de forêts de micropiliers que nous avons réalisées grâce à des techniques de microfabrication. La situation où la goutte repose sur le sommet des micropiliers n'est pas toujours la plus stable : le liquide peut préférer plutôt remplir la micro-texture. Nous avons étudié la transition de l'état "fakir" à l'état "planté" de différentes manières : par des expériences de presse, d'évaporation et d'impact. Nous avons également réalisé des surfaces à gradient de densité de plots et discuté la possibilité d'observer des mouvements spontanés de gouttes. Enfin, nous avons étudié l'imprégnation de liquides mouillants et en avons tiré des lois dynamiques de l'imprégnation à deux dimensions
Splendeur et misère de l'effet lotus
Get PDFHydrophobic surfaces can be made super-hydrophobic by creating a texture on them. This effect, sometimes referred to as the "fakir" effect, is due to air trapped in the structure : the textured substrate behaves as a composite surface made of solid and air, and displays enhanced hydrophobicity. We give evidence for this effect using forests of micro-pillars which we obtained by micro-fabrication techniques. This situation where the drop sits on the top of the micro-pillars is not always the most stable : the liquid can prefer to fill in the texture. We have studied the transition between these two states by different ways : by pressing on drops, by letting drops evaporate and by carrying impact experiments. We have also achieved surfaces displaying gradients in the density of micro-pillars and have discussed the possibility to observe spontaneous movement of droplets. At last, we have studied the wicking of well-defined surfaces by wetting liquids and have inferred dynamics laws of imbibition.Une surface hydrophobe peut être rendue hyperhydrophobe si on la rend rugueuse. Cet effet, que l'on appelle souvent l'effet "fakir", est dû au piégeage d'air dans la structure. Une goutte repose alors sur une surface composite faite de solide et d'air. Nous montrons cet effet sur des surfaces constituées de forêts de micropiliers que nous avons réalisées grâce à des techniques de microfabrication. La situation où la goutte repose sur le sommet des micropiliers n'est pas toujours la plus stable : le liquide peut préférer plutôt remplir la micro-texture. Nous avons étudié la transition de l'état "fakir" à l'état "planté" de différentes manières : par des expériences de presse, d'évaporation et d'impact. Nous avons également réalisé des surfaces à gradient de densité de plots et discuté la possibilité d'observer des mouvements spontanés de gouttes. Enfin, nous avons étudié l'imprégnation de liquides mouillants et en avons tiré des lois dynamiques de l'imprégnation à deux dimensions
Splendeur et misère de l'effet lotus
No full textHydrophobic surfaces can be made super-hydrophobic by creating a texture on them. This effect, sometimes referred to as the "fakir" effect, is due to air trapped in the structure : the textured substrate behaves as a composite surface made of solid and air, and displays enhanced hydrophobicity. We give evidence for this effect using forests of micro-pillars which we obtained by micro-fabrication techniques. This situation where the drop sits on the top of the micro-pillars is not always the most stable : the liquid can prefer to fill in the texture. We have studied the transition between these two states by different ways : by pressing on drops, by letting drops evaporate and by carrying impact experiments. We have also achieved surfaces displaying gradients in the density of micro-pillars and have discussed the possibility to observe spontaneous movement of droplets. At last, we have studied the wicking of well-defined surfaces by wetting liquids and have inferred dynamics laws of imbibition.Une surface hydrophobe peut être rendue hyperhydrophobe si on la rend rugueuse. Cet effet, que l'on appelle souvent l'effet "fakir", est dû au piégeage d'air dans la structure. Une goutte repose alors sur une surface composite faite de solide et d'air. Nous montrons cet effet sur des surfaces constituées de forêts de micropiliers que nous avons réalisées grâce à des techniques de microfabrication. La situation où la goutte repose sur le sommet des micropiliers n'est pas toujours la plus stable : le liquide peut préférer plutôt remplir la micro-texture. Nous avons étudié la transition de l'état "fakir" à l'état "planté" de différentes manières : par des expériences de presse, d'évaporation et d'impact. Nous avons également réalisé des surfaces à gradient de densité de plots et discuté la possibilité d'observer des mouvements spontanés de gouttes. Enfin, nous avons étudié l'imprégnation de liquides mouillants et en avons tiré des lois dynamiques de l'imprégnation à deux dimensions
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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