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Glissement à la paroi d'une mousse humide
No full textLes mousses aqueuses sont des assemblées compactes de bulles de gaz dans une solution de tensioactifs. Pour décrire les propriétés rhéologiques de ces fluides complexes utilisés dans de nombreuses applications, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de dissipation aux petites échelles, au niveau des bulles ou des films liquides. En particulier, on observe que ces matériaux glissent le long de parois lisses. D'autre part, la rhéologie des mousses dépend fortement de leur fraction volumique de liquide ; nous nous intéressons donc ici au cas des mousses humides, proches de la transition de (dé)blocage, quand les contacts entre bulles disparaissent et que la pression de confinement de la mousse tend vers zéro. Pour élucider les mécanismes de friction en jeu dans les mousses humides, nous étudions le glissement de monocouches de bulles ou de mousses 3D le long d'un plan incliné immergé. Deux régimes de friction sont mis en évidence : en plus d'une friction non-linéaire de type Bretherton, déjà observée dans les mousses, nous montrons l'existence d'une friction linéaire en vitesse de type Stokes (Le Merrer et al. Soft Matter 2015). La transition entre ces deux régimes est pilotée par l'écrasement des bulles contre la paroi
Yield-stress fluids in confined media : microstrucure, wall slip and soap films
No full textLes gels de Carbopol sont des fluides à seuil constitués d’une suspension dense de microgels de polymère. Des expériences de rhéologie et de microscopie confocale de fluorescence nous permettent de caractériser différentes propriétés macroscopiques et microscopique telles que la viscosité, l’élasticité du réseau, et la taille caractéristique de la microstructure. Le comportement des gels est ensuite étudié dans deux situations d’écoulement confiné : un micro-canal à parois lisses, et un film de savon. Dans le micro-canal, nous nous intéressons à la loi de friction aux bords, c’est-à-dire la vitesse de glissement Vg en fonction de la contrainte à la paroi s. Nous mettons en évidence une transition d’un régime de friction non linéaire (Vg propto s2) vers un régime linéaire. Les deux régimes sont expliqués en calculant les contraintes élastiques et visqueuses à l’échelle d’un microgel. Dans le film de savon, nous nous intéressons à l’épaisseur du film en fonction de sa vitesse de formation. A la différence des films de liquide simple, l’épaisseur du film tend vers un plateau à basse vitesse, dont la valeur n’est pas prédite par les propriétés macroscopiques. Nous discutons du rôle du glissement et de l’écoulement coopératif de la microstructure sur ce résultat, et amorçons l’étude de la stabilité du film fraîchement formé.Carbopol gels are yield-sterss fluids made of a dense suspension of polymer microgels. From rheology and confocal fluorescence microscopy experiments, we characterize different macroscopic and microscopic properties such as viscosity, network elasticity, and characteristic size of the microstructure. The behavior of the gels is then studied in two confined flow situations: a smooth-walled micro-channel, and a soap film. In the micro-channel, we are interested in the law of friction at the wall, i.e. the wall slip Vg as a function of the wall stress s. We put in evidence of a transition from a nonlinear friction regime (Vg propto s2) to a linear regime. The two regimes are explained by calculating the elastic and viscous stresses at the scale of a microgel. In the soap film by, we are interested in the thickness of the film depending on its velocity of formation. Unlike a simple fluid film, the thickness tends towards a plateau at low velocity. The value of the plateau is not predicted by the macroscopic properties. We discuss the role of the slip and the cooperative flow of the microstructure on this result, and beguin the study of the stability of the freshly formed film
Slippage of threshold fluids : lubrication film
No full textCette thèse porte sur le glissement à la paroi (discontinuité apparente de la vitesse) des suspensions concentrées de microgels et sur le film de lubrification à l’origine de ce phénomène. Les microgels étudiés sont des polyélectrolytes (polyacrylates de sodium) enchevêtrés et réticulés. En combinant des mesures en rhéologie et en microscopie confocale, nous avons montré que les microgels sont des sphères élastiques (module de l’ordre du kPa) d’un rayon moyen d’environ un micron. Au-delà d’une concentration critique proche de 1 g/L, les suspensions se comportent comme des fluides à seuil intermédiaires entre solide et liquide. À l’aide d’un dispositif de vélocimétrie par imagerie de particules en microscopie (micro-PIV), on caractérise l’écoulement à pression imposée des suspensions dans un canal microfluidique (hauteur de 300 µm). On en déduit la loi de friction reliant la vitesse de glissement à la contrainte à la paroi. Un régime non-linéaire (contrainte variant comme le carré de la vitesse) est d’abord mis en évidence et décrit par le modèle élasto-hydrodynamique de Meeker et al. (2004) qui suppose l’existence d’une couche de lubrification entre microgel et paroi. De plus, un deuxième régime linéaire en vitesse est observé aux grandes contraintes. Ce comportement est comparable à celui précédemment observé pour des microgels de Carbopol de même chimie mais de microstructure différente. Nous cherchons ensuite à sonder directement le film de lubrification. Pour cela, nous utilisons la microscopie de fluorescence par réflexion totale interne pour faire des mesures de vélocimétrie proche de la paroi (dans le premier micron). On observe une rupture de pente des profils de vitesse avec un cisaillement plus prononcé à la paroi. Ce comportement est la signature de la couche de lubrification à l'origine du phénomène de glissement qui est ici observée directement pour la première fois pour des suspensions de microgels. L’évolution de l’épaisseur de cette couche (environ 100 nm) avec la vitesse est compatible avec les modèles de la littérature. Enfin, nous perturbons le film de solvant à l’aide d’une rugosité d’échelle comparable à son épaisseur et bien inférieure à la taille des microgels, tout en conservant la chimie de la surface. Pour cela, des colloïdes de silice (90 nm de diamètre) sont déposés sur une surface de verre et fixés par frittage. À l’aide du dispositif de micro-PIV, nous avons montré que cette rugosité est suffisante pour réduire fortement le glissement voire le supprimer aux faibles contraintes (jusqu'à quelques fois la contrainte seuil du fluide).This thesis focuses on wall slip ---an apparent velocity discontinuity--- of dense suspensions of microgels and on the lubrication layer at its origin. We study microgels made of entangled and crosslinked polyelectrolyte (sodium polyacrylate). We combine rheological measurements and confocal microscopy to show that the microgels are elastic spheres (with an elastic modulus of typically 1kPa) with an average radius of approximately 1 µm. Above a critical concentration (approx. 1 g/L), the suspensions behave as yield stress fluids, intermediate between liquids and solids. We use micro particle image velocimetry (micro-PIV) to characterise pressure-driven flows of the suspensions in microfluidic channels of 300 µm height. From the velocity profiles, we obtain the friction law that relates the slip velocity and the stress at the wall. We observe a quadratic regime for the stress as a function of the velocity, which is rationalised with the elasto-hydrodynamic model of Meeker et al. (2004) based on a solvent lubrication layer between the wall and the microgels. In addition, a second regime, linear in velocity, is evidenced at higher wall stresses. This behaviour is consistent with previous work on Carbopol microgels, which have the same chemistry but a different microstructure. We then probe directly the solvent lubrication layer. We use total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy to determine the flow velocities in the vicinity of the wall (first micrometer). We observe a strongly sheared zone close to the wall and an almost constant velocity further from the wall. This behaviour is characteristic of the lubrication layer at the origin of wall slip. This is the first direct observation of this liquid film for microgel suspensions. The variation of the thickness of the layer (typically 100 nm) with the velocity is consistent with models from the literature. Finally, we disturb the solvent layer with a wall roughness of length scale comparable with the solvent thickness but much smaller than the microgel radius. To achieve this while keeping the same surface chemistry, we deposit and sinter silica colloids (90 nm diameter) on a glass surface. With our micro-PIV set-up, we show that this roughness is sufficient to strongly reduce the slip velocity. Wall slip is even suppressed at low enough stresses (up to a few times the yield stress)
Elasticity and yielding of a calcite paste: scaling laws in a dense colloidal suspension
No full textWe address the mechanical characterization of a calcite paste as a model system to investigate the relation between the microstructure and macroscopic behavior of colloidal suspensions. The ultimate goal is to achieve control of the elastic and yielding properties of calcite which will prove valuable in several domains, from paper coating to paint manufacture and eventually in the comprehension and control of the mechanical properties of carbonate rocks. Rheological measurements have been performed on calcite suspensions over a wide range of particle concentrations. The calcite paste exhibits a typical colloidal gel behavior, with an elastic regime and a clear yield strain above which it enters a plastic regime. The yield strain shows a minimum when increasing the solid concentration, connected to a change in the power law scaling of the storage modulus. In the framework of the classical fractal elasticity model for colloidal suspensions proposed by Shih et al. [Phys. Rev. A, 1990, 42, 4772], we interpret this behavior as a switch with the concentration from the strong-link regime to the weak-link regime, which had never been observed so far in one well-defined system without external or chemical forcing
Dissipation aux interfaces : caléfaction, sillages, filaments visqueux
No full textWe investigate in several experiments the link between dissipation and deformable liquid interfaces. First, we study Leidenfrost drops moving on various substrates. Their movement can be either accelerated — on a ratchet-like substrate — or slowed down. The deceleration allows us to study different types of friction. On a smooth solid, the drag is very low and mainly due to the surrounding air. On a crenellated surface, it is a consequence of the liquid impacting the side of the squares. Last, a drop sliding on another liquid decelerates because of wave resistance arising from the wake it generates. In a second part, we characterize viscous threads deformations. Compression and torsion of the filaments result into viscous buckling, which we compare to elastic buckling. However, if the thread is not forced to move, the evolution of its shape comes out of a balance between viscous, gravity and capillary effects.Au travers de plusieurs expériences, nous explorons le lien entre dissipation et mouvement d'interfaces liquides. Dans une première partie, nous étudions le mouvement de gouttes en caléfaction sur différents substrats. Ce mouvement peut être accéléré, si le substrat est asymétrique, ou ralenti, s'il est symétrique. La décélération des gouttes nous permet alors d'étudier différents types de friction spéciale. Sur un solide lisse, celle-ci est très faible et essentiellement due à l'air environnant. Sur un solide crénelé, elle est due à l'impact du liquide sur les marches. Enfin, si la goutte glisse sur un autre liquide, elle ralentit à cause de la résistance de vague qui résulte du sillage qu'elle engendre. La seconde partie de ce travail porte sur les déformations de filaments visqueux. Si ceux-ci sont comprimés ou tordus, nous mettons en évidence plusieurs phénomènes de flambage visqueux, que nous comparons à leurs analogues élastiques. Enfin, si les filaments sont libres de se déformer, leur forme et leur dynamique découlent d'une compétition entre viscosité, gravité et effets capillaires
Dissipation aux interfaces : caléfaction, sillages, filaments visqueux
No full textWe investigate in several experiments the link between dissipation and deformable liquid interfaces. First, we study Leidenfrost drops moving on various substrates. Their movement can be either accelerated — on a ratchet-like substrate — or slowed down. The deceleration allows us to study different types of friction. On a smooth solid, the drag is very low and mainly due to the surrounding air. On a crenellated surface, it is a consequence of the liquid impacting the side of the squares. Last, a drop sliding on another liquid decelerates because of wave resistance arising from the wake it generates. In a second part, we characterize viscous threads deformations. Compression and torsion of the filaments result into viscous buckling, which we compare to elastic buckling. However, if the thread is not forced to move, the evolution of its shape comes out of a balance between viscous, gravity and capillary effects.Au travers de plusieurs expériences, nous explorons le lien entre dissipation et mouvement d'interfaces liquides. Dans une première partie, nous étudions le mouvement de gouttes en caléfaction sur différents substrats. Ce mouvement peut être accéléré, si le substrat est asymétrique, ou ralenti, s'il est symétrique. La décélération des gouttes nous permet alors d'étudier différents types de friction spéciale. Sur un solide lisse, celle-ci est très faible et essentiellement due à l'air environnant. Sur un solide crénelé, elle est due à l'impact du liquide sur les marches. Enfin, si la goutte glisse sur un autre liquide, elle ralentit à cause de la résistance de vague qui résulte du sillage qu'elle engendre. La seconde partie de ce travail porte sur les déformations de filaments visqueux. Si ceux-ci sont comprimés ou tordus, nous mettons en évidence plusieurs phénomènes de flambage visqueux, que nous comparons à leurs analogues élastiques. Enfin, si les filaments sont libres de se déformer, leur forme et leur dynamique découlent d'une compétition entre viscosité, gravité et effets capillaires
FeGAN: Scaling Distributed GANs
No full textThis is the system introduced in "FeGAN: Scaling Distributed GANs", co-authored with Erwan Le Merrer, Anne-Marie Kermarrec, and Rachid Guerraoui. The FeGAN system enables training GANs in the Federated Learning setup. FeGAN is implemented on PyTorch.
The paper will appear in the 21st ACM/IFIP International Middleware Conference (Middleware 2020)
Optimizing the bandwidth utilization in distributed storage systems
No full textLes systèmes de stockage actuels font face à une explosion des données à gérer. A l'échelle actuelle, il serait illusoire d'imaginer une unique entité centralisée capable de stocker et de restituer les données de tous ses utilisateurs. Bien que du point de vue de l'utilisateur, le système de stockage apparaît tel un unique interlocuteur, son architecture sous-jacente est nécessairement devenue distribuée. En d'autres termes, le stockage n'est plus assigné à un équipement centralisé, mais est maintenant distribué parmi de multiples entités de stockage indépendantes, connectées via un réseau. Par conséquent, la bande passante inhérente à ce réseau devient une ressource à prendre en compte dans le design d'un système de stockage distribué. En effet, la bande passante d'un système est intrinsèquement une ressource limitée, qui doit être convenablement gérée de manière à éviter toute congestion du système. Cette thèse se propose d'optimiser l'utilisation de la bande passante dans les systèmes de stockage distribués, en limitant l'impact du churn et des défaillances. L'objectif est double, le but est d'une part, de maximiser la bande passante disponible pour les échanges de données, et d'une autre part de réduire la consommation de bande passante inhérente aux opérations de maintenance. Pour ce faire, nous présentons trois contributions distinctes. La première contribution présente une architecture pair-à-pair hybride qui tient compte de la topologie bas-niveau du réseau, c'est à dire la présence de gateways entre les utilisateurs et le système. La seconde contribution propose un mécanisme de timeout adaptatif au niveau utilisateur, basé sur une approche Bayésienne. La troisième contribution décrit un protocole permettant la réparation efficace de données encodées via des codes à effacement. Enfin, cette thèse se conclut sur la possibilité d'utiliser des techniques d'alignement d'interférence, communément utilisées en communication numérique afin d’accroître l'efficacité des protocoles de réparation de données encodées.Modern storage systems have to face the surge of the amount of data to handle. At the current scale, it would be an illusion to believe that a single centralized storage device is able to store and retrieve all its users' data. While from the user's viewpoint the storage system remains a single interlocutor, its underlying architecture has become necessarily distributed. In others words, storage is no longer assigned to a centralized storage equipment, but is now distributed between multiple independent storage devices, connected via a network. Therefore, when designing networked storage systems, bandwidth should now be taken into account as a critical resource. In fact, the bandwidth of a system is intrinsically a limited resource which should be handled with care to avoid congestion. The focus of this thesis is to optimize the available bandwidth of distributed storage systems, lowering the impact of churn and failures. The objective is twofold, on the one hand the purpose is to increase the available bandwidth for data exchanges and on the other hand, to decrease the amount of bandwidth consumed by maintenance. We present three distinct contributions in this manuscript. The first contribution of this thesis presents an hybrid peer-to-peer architecture taking into account the low level topology of the network i.e., the presence of gateways between the system and the users. The second contribution proposes an adaptive and user-level timeout mechanism, based on a Bayesian approach. The third contribution describes a repair protocol especially designed for erasure-coded stored data. Finally, this thesis concludes on the possibility of employing interference alignment techniques in order to increase the efficiency of repair protocols especially designed for encoded data
Dissipation aux interfaces : caléfaction, sillages, filaments visqueux
No full texten français : Au travers de plusieurs expériences, nous explorons le lien entre dissipation et mouvement d'interfaces liquides. Dans une première partie, nous étudions le mouvement de gouttes en caléfaction sur différents substrats. Ce mouvement peut être accéléré, si le substrat est asymétrique, ou ralenti, s'il est symétrique. La décélération des gouttes nous permet alors d'étudier différents types de friction spéciale. Sur un solide lisse, celle-ci est très faible et essentiellement due à l'air environnant. Sur un solide crénelé, elle est due à l'impact du liquide sur les marches. Enfin, si la goutte glisse sur un autre liquide, elle ralentit à cause de la résistance de vague qui résulte du sillage qu'elle engendre. La seconde partie de ce travail porte sur les déformations de filaments visqueux. Si ceux-ci sont comprimés ou tordus, nous mettons en évidence plusieurs phénomènes de flambage visqueux, que nous comparons à leurs analogues élastiques. Enfin, si les filaments sont libres de se déformer, leur forme et leur dynamique découlent d'une compétition entre viscosité, gravité et effets capillaires.en anglais : We investigate in several experiments the link between dissipation and deformable liquid interfaces. First, we study Leidenfrost drops moving on various substrates. Their movement can be either accelerated on a ratchet-like substrate or slowed down. The deceleration allows us to study different types of friction. On a smooth solid, the drag is very low and mainly due to the surrounding air. On a crenellated surface, it is a consequence of the liquid impacting the side of the squares. Last, a drop sliding on another liquid decelerates because of wave resistance arising from the wake it generates. In a second part, we characterize viscous threads deformations. Compression and torsion of the filaments result into viscous buckling, which we compare to elastic buckling. However, if the thread is not forced to move, the evolution of its shape comes out of a balance between viscous, gravity and capillary effects.PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF
Protocoles décentralisés pour la gestion de réseaux logiques large-échelle
No full textNotre cadre est celui des réseaux logiques, dynamiques et large échelle. Nous nous intéressons aux méthodes de remontée d'information, à des fins d'administration ou de surveillance. Après un état de l'art concernant les techniques de maintien du service rendu, nous présentons quatre protocoles mesurant des caractéristiques clés du réseau. Nous proposons une méthode d'échantillonnage uniforme de noeuds, reposant sur une marche aléatoire. Nous apportons ensuite deux techniques permettant l'estimation de la taille d'un réseau. La première méthode repose sur une marche aléatoire, la seconde emploie le renversement du paradoxe des anniversaires. Nous procédons à un comparatif de ces deux méthodes, puis de la plus adaptée avec deux solutions de l'état de l'art. Nous abordons également le problème du placement de répliquas, pour des services potentiellement fortement sollicités. Nous apportons enfin la première méthode d'estimation distribuée de la dynamique des noeuds du réseau logique.We focus on large scale distributed and dynamic systems. We are interested in methods that get information from the network, for monitoring and administration purposes. After surveying related work about techniques that assure the service maintenance, we present four protocols which are aimed to mesure key characteristics about the overlay. We introduce an uniform sampling method, based on a random walk. We then present two techniques aimed at estimate the syze of a system. The first method rely on a random walk, and the second one use the birthday paradox reversal. A comparative study is driven, and finally the best one is compared with other techniques of the related work. We also worked on the replica placement issue, for potentially highly used services. Finally we introduce, to the best of our knowledge, the first distributed estimation method on the arrivals and departures dynamics on the network.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocRENNES-INRIA Rennes Irisa (352382340) / SudocSudocFranceF
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