1,721,006 research outputs found
Dynamic of the biofilm formation of Bacillus subtilis at the water-air interface : experiments and modeling
No full textLa plupart du temps, les bactéries vivent au sein de biofilms : un tissu biologique accroché sur des surfaces (molles ou solides), qui est composé de bactéries et de matrice extracellulaire. Lors de cette thèse nous avons étudié les mécanismes qui contrôlent la formation d’un biofilm à l’interface eau-air par Bacillus subtilis (BS). D’abord, nous avons observé l’évolution phénotypique de BS au cours du développement de sa population en milieu liquide, dans des conditions de culture standard (pas de biofilm in fine). Nous avons constaté que la population exhibe différents types cellulaires (phénotypes) au cours du temps. Puis, afin d’observer les étapes de la formation d’un biofilm, nous avons créé une expérience qui permet de suivre l’évolution macroscopique de la concentration des bactéries et sa répartition spatiale au sein du milieu de culture. Nous constatons qu’une accumulation de bactéries se forme en dessous de l’interface eau-air avant même l’apparition d’un biofilms. Cette accumulation est concomitante avec de la convection dans le fluide (bioconvection). Le biofilm apparait lors de la phase de croissance de la population en bactérie pour une concentration moyenne dans le milieu de culture de l’ordre de 10¹³ bactéries/m³. Ensuite, nous avons formulé un modèle continu qui renseigne sur l’évolution de l’environnement des bactéries. Ce modèle reproduit la bioconvection observée dans les expériences et révèle son effet sur la concentration en dioxygène dissous dans la culture. Enfin, nous avons construit un modèle hybride continu-discret qui décrit la transition de bactéries déconnectées (nomades) vers des bactéries connectées formant un biofilm solide (sédentaires). Chaque bactérie est considérée comme une particule individuelle. Le modèle tient compte des forces de contact, ainsi que les forces élastiques qui peuvent s’établir entre les bactéries lorsqu’elles sont liées par de la matrice. Un nombre minimal d’aptitudes biologiques a été utilisé pour modéliser les bactéries : la division cellulaire qui leur permet de coloniser le milieu de culture, la motilité et l’aérotactisme qui explique leur migration vers la surface liquide, le quorum sensing (QS) et la différenciation cellulaire qui leur permet de passer du phénotype nomade (motile) au phénotype sédentaire (producteur de matrice). L’environnement en dioxygène des bactéries et les propriétés hydrodynamiques du milieu sont décrits par des champs continus. Le modèle reproduit toutes les étapes de la formation d'un biofilm observées dans nos expériences et confirme la nécessité de certaines aptitudes biologiques. Il montre que le seuil de QS joue un rôle majeur dans la morphologie du biofilm et sa cinétique de formation. En revanche, le taux de consommation de dioxygène par les bactéries ne semble pas avoir de rôle important. Enfin, nous avons établi que la bioconvection agit comme un retardateur de la formation du biofilm.Most of the time, the bacteria live inside the biofilm: the biological tissue that is attached to the surface (soft or solid), is made of the bacteria and of extracellular matrix. According to this thesis we study the mechanics that control the formation of a biofilm at the interface water-air by Bacillus subtilis (BS). First, we absorbed the phenotype evolution of the BS during the development of its population in liquid medium, under the conditions of a standard culture (no of biofilm in fine). We noticed that the population exhibits different cellular types (phenotypes) during this time. Then, after absorbing the different stages of the development in the formation of a biofilm, we created an experience that allows us to follow the macroscopic evolution of the concentration of the bacteria and its special distribution in the middle of the culture. We found that an accumulation of the bacteria forms under the surface water-air, even before the appearance of a biofilm. This accumulation is concomitant with the conservation in the liquid (bioconvection). The biofilm appears during the growth phase of the bacterial population in an average concentration in the culture medium of about 10¹³ bacteria / m³. Then, we formed a continuous model that shows us the evolution of the environment of the bacteria. This model reproduced the bioconvection that was observed in the experiments and reveals its effect on the concentration of oxygen in the biological culture. Finally we built a hybrid continuous-discreet model that described the transition of the disconnected bacteria (nomads) through the connected bacteria that form a solid biofilm (sedentary). Each bacteria is considered as an individual particle. The model takes the contact forces under consideration, as well as the elastic forces that can settle between the bacteria when linked by the matrix. A minimum number of biological skills were used to form a model from the bacteria; the cellular division that allowed it to colonize the medium biological culture, the motility and the aerotaxi that explains its migration towards the liquid surface, the quorum sensing (QS) and the cellular differentiation that allows them to spend nomadic phenotype (motile) sedentary phenotype (producer of matrix). The dioxygen environment of the bacteria and its middle hydrodynamic properties are described by continuous fields. The model reproduces all the formation steps of an observed biofilm in our experiment and confirms the need of certain biological skills. It shows that the threshold of QS plays a major role in the morphology and biofilm formation kinetics. On the other hand, the rate of diocygen consumption by the bacteria does not seem to have any significant role. Finally, we established that the bioconvection reacts as a retardant in the biofilm formation
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe 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
Modelling of phase change mechanisms in PCM memories using the multi-phase-field method
No full textLes mémoires à changement de phases ont basées sur la variation de résistance d’un petit volume de matériau à changement de phase, l'information binaire étant codée à travers la phase amorphe ou cristalline du matériau. Le changement de phase permettant leur programmation est induit par effet Joule sous l’application d’un courant électrique. L’alliageGe2Sb2Te5 est largement utilisé pour les mémoires à changement de phase, car il cristallise rapidement et sans changement de composition. Cependant, pour obtenir la fiabilité requise pour certaines applications à haute température, notamment dans le secteur automobile, un alliage Ge-Sb-Te enrichi en Geest utilisé par la société STMicroelectronics. La cristallisation de cet alliage s’accompagne d’une ségrégation des espèces et de la formation d’une nouvelle phase cristalline. La répartition spatiale des phases et espèces est décisive pour le bon fonctionnement du point mémoire ; il est ainsi très important de pouvoir la prédire.Les modèles de champ de phase permettent,notamment aux échelles de temps et d’espace impliquées dans l’étude des mémoires à changement de phase, le suivi d’interface entre plusieurs domaines occupés par des phases différentes. Dans ce travail de thèse, un modèle multi-champ de phase permettant de simuler l’évolution de la répartition des phases et des espèces dans ce nouvel alliage a été développé.Les paramètres du modèle ont été déterminés à partir des données disponibles sur l’alliage.Deux types de simulations ont été réalisées :d’une part, celle de la cristallisation, lors d’un recuit, d’une couche mince de matériau initialement déposé amorphe ; d’autre part, celle portant sur les changements de phase qui se produisent lors de l’application de champs de température typiques des opérations d’écriture des mémoires. La comparaison entre les résultats de simulations et expériences révèle que les caractéristiques principales des microstructures observées dans les expériences sont bien mises en évidence par le modèle.Phase change memories (PCM) exploit the variation of resistance of a small volume of phase change material: the binary information is coded through the amorphous or crystalline phase of the material. The phase change is induced by an electrical current, which heats the material by the Joule effect. Because of its fast and congruent crystallization, theGe2Sb2Te5 alloy is widely used for PCM. Nevertheless, to get a better reliability at high temperatures, which is required e.g. for automotive applications, STMicroelectronics uses a Ge-rich GeSbTe alloy. In this alloy, chemical segregation and appearance of a new crystalline phase occur during crystallization. The distribution of phases and alloy components are critical for the proper functioning of the memory cell; thus, predictive simulations would be extremely useful. Phase field models are used for tracking interfaces between areas occupied by different phases. In this work, a multi-phase field model allowing simulating the distribution of phases and species in Ge-rich GeSbTe has been developed. The parameters of the model have been determined using available data on this alloy. Two types of simulations have been carried out, firstly to describe crystallization during annealing of initially amorphous deposited thin layer; secondly to follow the evolution of phase distribution during memory operation using temperature fields that are typical for those operations. Comparisons between simulations and experiments show that they both exhibit the same features
Multiscale simulation of PCM memories : from material to device
No full textLes mémoires à changement de phase (PCM) stockent l'information binaire dans la phase d'un matériau qui peut être soit cristallin, soit amorphe. Ces deux états ayant des résistivités électriques différentes, il est possible de les distinguer et de lire l'information stockée. Pour écrire dans la mémoire, le matériau est chauffé localement par effet Joule avec un courant de forte intensité. En fonction du type d'impulsion utilisée, l'un des deux états est obtenu.Le Ge2Sb2Te5 est l'un des matériaux les plus répandus dans les PCM. Cependant, il présente une mauvaise rétention de l'information au-delà de 100°C, ce qui le rend incompatible avec certaines applications comme l'automobile. Afin de pallier ce problème, la société STMicroelectronics utilise un alliage modifié, stable à haute température, le Ge2Sb2Te5 enrichi en germanium (GGST). La cristallisation du GGST est complexe et on observe un phénomène de ségrégation avec l'apparition de deux phases, une riche en germanium et l'autre proche du Ge2Sb2Te5.Afin de mieux comprendre les mécanismes à l'œuvre et leur impact sur le fonctionnement des mémoires, un modèle de cristallisation a été développé dans une première thèse. Il est basé sur la méthode champ de phase, une méthode mésoscopique dans laquelle on s'intéresse aux domaines occupés par différentes phases. Une fois implémenté dans un simulateur, ce modèle permet de reproduire l'effet de ségrégation et de réaliser des opérations mémoires. Néanmoins, des approximations importantes faites sur les aspects thermiques et électriques ne permettent pas de tenir compte des interactions multiphysiques profondes, propres aux PCM.Dans cette thèse, le modèle de cristallisation est couplé avec un modèle thermique et un modèle électrique. Ensemble, ils rendent compte de la production de chaleur par la cristallisation et par effet Joule, ainsi que de sa propagation dans les différents matériaux constituant la mémoire. Grâce au couplage, les changements de microstructure dans le GGST se répercutent sur le transport électrothermique, qui influence à son tour l'évolution des phases. Pour que cela soit possible, la connaissance de nombreux paramètres physiques est nécessaire, ils ont été déterminés à partir des données disponibles dans la littérature. L'ensemble constitue, à notre connaissance, le premier modèle permettant de simuler le fonctionnement d’une PCM, tout en tenant compte de la microstructure du GGST.L'implémentation du couplage a eu un impact important sur les performances du simulateur, le rendant inutilisable en pratique. Pour y remédier, plusieurs méthodes numériques ont été combinées. Elles tiennent compte des spécificités du problème et en particulier du fait que les différents phénomènes simulés n'évoluent pas aux mêmes échelles. Au final, les temps de simulation sont bien meilleurs qu'ils ne l'étaient initialement, sans que la précision des résultats ne soit affectée significativement.Une fois optimisé, le modèle est utilisé pour réaliser plusieurs simulations. Outre les simulations de cristallisation et d'opérations mémoires, certaines courbes de caractérisation électrique sont reproduites et comparées aux données expérimentales. Après une étape de calibration, l'accord entre les deux est très bon. L'autre intérêt majeur du simulateur est qu'il permet d'étudier l'évolution des champs électrothermiques dans le matériau ségrégué. Ainsi, on peut visualiser le passage du courant, la production de chaleur par effet Joule dans les différentes phases ou la création d'un filament conducteur dans l'amorphe par switch électronique.Phase-change memories (PCM) store binary information in the phase of a material, which can be either crystalline or amorphous. As these two states have different electrical resistivities, it is possible to distinguish them and read the stored information. To write into the memory, the material is heated locally by the Joule effect with a high-intensity current. Depending on the pulse used, one of the two states is obtained.Ge2Sb2Te5 is one of the most common materials in PCM. However, it exhibits poor data retention above 100°C, making it incompatible with some applications, such as the automotive market. To overcome this limitation, STMicroelectronics uses a modified alloy which is stable at high temperatures, germanium-rich Ge2Sb2Te5 (GGST). The crystallization of GGST is complex, a segregation phenomenon occurs, leading to the formation of two phases, one rich in germanium and the other close to Ge2Sb2Te5.To understand the mechanisms at work and their impact on memory operations, a crystallization model was developed in a previous thesis. It is based on the phase field method, a mesoscopic approach which focuses on the domains occupied by different phases. Once implemented in a simulator, this model can reproduce the segregation effect and perform memory operations. However, with the significant approximations made on thermal and electrical aspects, it is unable to capture the deep multiphysics interactions specific to PCM.In this thesis, the crystallization model is coupled with a thermal and an electrical model. Together, they account for the generation of heat by crystallization and by the Joule effect, and its propagation in the materials constituting the memory. Thanks to the coupling, microstructure changes in GGST have an effect on the electrothermal transport, which in turn influences phase evolution. This requires knowledge of numerous physical parameters, which have been determined from literature data. As far as we know, this is the first model capable of simulating PCM operations while also taking into account the microstructure of GGST.The implementation of the coupling had a major impact on the performances of the simulator, making its use impracticable. To remedy this, several numerical methods are combined. They take into account the specificities of the problem, especially the fact that the phenomena simulated do not evolve at the same scales. In the end, simulation times are much better than they were initially, without any significant loss of accuracy.Once optimized, the model is used to run several simulations. Besides crystallization and memory operation simulations, electrical characterization curves are reproduced and compared with experimental data. After a calibration step, the agreement between the two is very good. The other advantage of the simulator is that it allows us to study the evolution of electrothermal fields in the segregated material. In this way, we can visualize the current path, the heat generated by the Joule effect in the different phases, or the creation of a conductive filament in the amorphous material by electronic switching
Modelling of multicomponent diffusion in a two-phase oxide-metal corium pool by a diffuse interface method
No full textCe travail de thèse porte sur la modélisation de la cinétique de stratification des phases liquides oxyde et métallique dans un bain de corium (système U-O-Zr-acier) du point de vue de la diffusion multi-composants et multiphasique. Cette démarche de recherche s’inscrit dans le cadre du développement d’une modélisation « fine » du comportement d’un bain de corium basée sur une approche CFD (« Computational Fluid Dynamics ») de la thermo-hydraulique. Elle vise à améliorer la compréhension des phénomènes mis en jeu et construire des lois de fermetures adéquates pour des modèles macroscopiques intégraux.Pour ce faire, la méthode du champ de phase couplée avec une fonctionnelle d’énergie utilisant la méthode CALPHAD se révèle être un outil pertinent.Dans une première partie, nous nous sommes intéressés au système binaire U-O. Nous avons développé un modèle à interface diffuse (basé sur une équation de Cahn-Hilliard) pour décrire la diffusion dans ce système. Nous avons procédé à la mise en place du couplage entre ce modèle et une base de données thermodynamiques CALPHAD, ainsi qu’au paramétrage d’un tel modèle avec en particulier une procédure d’élargissement de l’interface.Ensuite, dans le cadre d’une modélisation sur le système ternaire U-O-Zr nous avons proposé une généralisation du modèle à interface diffuse par le biais d’une hypothèse d’équilibre local des mécanismes d’oxydo-réduction. Nous avons porté une attention particulière à l’analyse de ce modèle par le biais de simulations numériques 1D en nous intéressant notamment à l’état stationnaire et aux profils de composition obtenus.Finalement, nous avons montré l’application de ce modèle au système U-O-Zr-Fe. Pour cela, nous avons considéré une configuration similaire aux essais expérimentaux à « petite échelle » relatifs à l’étude de la stratification d’un bain oxyde-métal.This Ph.D. topic is focused on the modelling of stratification kinetics for an oxide-metal corium pool (U-O-Zr-steel system) in terms of multicomponent and multiphase diffusion. This work is part of a larger research effort for the development of a detailed corium pool modelling based on a CFD approach (“Computational Fluid Dynamics”) for thermal-hydraulics. The overall goal is to improve the understanding of the involved phenomena and obtain closure laws for integral macroscopic models.The phase-field method coupled with an energy functional using the CALPHAD method appears to be relevant for this purpose.In a first part, this works has been focused on the U-O binary system. We have developed a diffuse interface model (based on a Cahn-Hilliard equation) in order to describe the diffusion process in this system. This model has been coupled with a CALPHAD thermodynamic database and its parameterization has been developed with, in particular, an upscaling procedure related to the interface thickness.Then, within the framework of a modelling for the U-O-Zr ternary system, we have proposed a generalization of the diffuse interface model through an assumption of local equilibrium for redox mechanisms. A particular attention was paid to the model analysis by 1D numerical simulations with a special focus on the steady state composition profiles.Finally we have applied this model to the U-O-Zr-Fe system. For that purpose, we have considered a configuration close to small-scale experimental tests dedicated to the study of oxide-metal corium pool stratification
Variations on the Author
Full text link“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
Full text linkWe 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
Li-ion batteries, modelling and simulation, phase-field models, phase transitions, lamellar materials
No full textCette thèse porte sur la modélisation des transitions de phase dans les matériaux lamellaires pour électrodes de batteries. À l'électrode négative, un matériau très utilisé est le graphite qui est composé de feuillets de graphène empilés les uns sur les autres. Lorsque la batterie est en train d'être chargée, le lithium s'insère entre les feuillets de graphène (intercalation). Lorsqu'il s'insère, le lithium cause des changements de structure cristalline au graphite et s'organise en ilots de forte concentration. En regardant dans la direction perpendiculaire aux plans de graphène, les ilots sont situés périodiquement dans une couche sur n formant un graphite dans une configuration appelée stade n (stage en anglais). Il y a également des stades dilués où les ilots ont une concentration intermédiaire, ces stades sont appelés stades nL. La succession des stades lorsque la batterie est en train d'être remplie est généralement ainsi : 1', 4L, 3L, 2 et 1 (graphite complètement lithié). Ces stades ont un impact important sur les propriétés du graphite telles que son potentiel électrique (à l'équilibre et sous courant), sa diffusivité apparente, sa cinétique d'insertion et ses hétérogénéités de composition. L'objectif de la thèse est d'utiliser des méthodes de modélisation pour étudier les stades et les transitions de phases ainsi que leurs impacts sur ces propriétés. Ceci requiert un modèle à une échelle spatiale suffisamment petite pour capturer les transitions de phases. Nous devons cependant également utiliser un modèle à une échelle suffisamment grande pour capturer une lithiation complète (qui peut durer plusieurs heures) en un temps de simulation raisonnable. Il faut donc un modèle à l'échelle mésoscopique. Les modèles à interface diffuse de type champ de phase servent justement à capturer les transitions de phase et nous pouvons utiliser un tel modèle pour traiter toute une lithiation en un temps de simulation acceptable.Cette thèse commence par la présentation d'un premier système d'équations qui permet de modéliser de manière simplifiée les stades. Une analyse à l'équilibre de ce premier modèle est réalisée afin de déterminer le potentiel d'équilibre et le diagramme de phase. Des simulations de décomposition d’un état homogène sans insertion, associées à une analyse de stabilité linéaire, donnent des informations sur les propriétés hors équilibre du modèle. Un résultat important est que dans la plage de concentrations où les états homogènes sont instables, le stade 2 croît toujours le plus vite à temps courts, même quand le diagramme de phase montre que le stade 3 devrait être favorisé à l'équilibre. Ensuite, des simulations détaillées du processus de lithation-délithiation sont conduites. Il est démontré que ce modèle permet de capturer divers phénomènes observés dans les expériences, comme les hétérogénéités de composition au travers de la particule de graphite, dont un modèle de diffusion Fickienne ne peut pas rendre compte ou encore la cinétique d’insertion apparente qui diffère du modèle classique de Butler-Volmer.Ce premier modèle ne permet pas de prendre en compte les changements structurels ainsi que les stades dilués. Les deux derniers chapitres présentent les pistes explorées pour créer un nouveau modèle plus complet. L'ajout de nouveaux éléments, comme une interaction supplémentaire à l'échelle microscopique ou l'interaction du lithium avec le décalage des plans de graphène sont prometteuses, mais ne permettent pour l'instant pas de créer un modèle qui rende compte de tous les phénomènes observés.This PhD thesis deals with the modelling of the phase transitions in lamellar materials for battery electrodes. At the negative electrode, a frequently used material is graphite that is made of graphene sheets stacked on top of each other. During the charging process of the battery, lithium intercalates between the graphene sheets. The intercalated lithium organises itself into islands of high concentration, which induces changes of the crystal structure of the graphite. In the direction perpendicular to the graphene sheets, the islands are periodically located in one layer out of n forming a configuration called stage n. There are also dilute stages for which the concentration in the islands is intermediate. These stages are called stages nL. As the battery is getting charged, the succession of the stages is as such: 1', 4L, 3L, 2 and 1 (lithiated graphite).These stages have a strong influence on the graphite properties such as its electrical potential (both at equilibrium and during charge), its apparent diffusivity, its insertion kinetics and the heterogeneities in concentration. The goal of this PhD is to use modelling methods to study these stages, the dynamics of phase transitions and their impact on the properties. This requires a model at a spatial scale that is small enough to capture the phase transitions while being able to compute a whole lithiation (that can last several hours) in a reasonable simulation time. This calls for a mesoscale model. Diffuse-interface models are suitable to capture the phase transitions, and we can adjust the parameters to simulate a whole lithiation in a reasonable computation time.This thesis starts with the presentation of a first set of equation that allows for the modelling of a simplified version of the stages. The equilibrium potential and phase diagrams are computed with an equilibrium analysis of this model. Decompositions of an unstable homogeneous state without insertion of lithium coupled with a linear stability analysis give information about the properties of the model out of equilibrium. An important result is that in the concentration range for which the homogeneous stages are unstable (1' and 1), stage 2 always grows the fastest at short times, even when the phase diagram shows that stage 3 should be present at equilibrium. Next, detailed simulations of the lithiation-delithiation process demonstrate that this model permits to capture several phenomena observed in experiments, such as concentration heterogeneities along the graphite particle and the concentration-dependant insertion kinetics. A Fickian diffusion model could not reproduce these effects.The model studied so far cannot take into account the structural changes and the dilute stages. The last two chapters present attempts to formulate a more complete model. Adding new elements, such as additional microscopic scale interactions or the interaction between lithium and the sliding of the graphene sheets are promising directions but for now, a model that accounts for all the observed phenomena remains elusive
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe 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
- …
