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Les nuages constituent une des principales sources d’incertitudes dans les modèles climatiques actuels. Ces incertitudes découlent de la difficulté à établir des paramétrisations permettant d’intégrer correctement les propriétés radiatives des nuages dans les modèles climatiques. Pour améliorer et optimiser ces paramétrisations il est nécessaire de collecter un grand nombre d’informations sur les grandeurs macrophysiques et microphysiques des nuages. La restitution de ces propriétés repose largement sur la comparaison de mesures satellitaires à des simulations réalisées à partir de modèles de transfert radiatif en atmosphère nuageuse. Cette étude est consacrée aux nuages de la haute troposphère de type cirrus dont l’une des caractéristiques est d’être principalement constitués de cristaux de glace non sphériques avec des formes et des tailles variées. Afin de comprendre les propriétés radiatives de ces nuages, il est donc nécessaire d’étudier au préalable les interactions du rayonnement électromagnétique avec ce type de cristaux. Pour cela, nous avons développé plusieurs algorithmes basés sur des approximations de l’optique géométrique et de l’optique ondulatoire. D’autre part, les propriétés radiatives de ces nuages dépendent de leurs caractéristiques macrophysiques et microphysiques, comme l’épaisseur géométrique et l’altitude, l’épaisseur optique, ainsi que la taille et la forme des cristaux qui le composent. Des campagnes aéroportées de mesures in situ ont révélé que ces nuages pouvaient également présenter une variabilité verticale importante de leur distribution granulométrique. Il est donc primordial d’évaluer l’impact radiatif de cette variabilité verticale pour établir si et comment elle doit ître prise en compte dans les modèles. Pour répondre à cette question, nous avons développé un modèle de cirrus permettant de décrire cette hétérogénéité. Nous avons alors montré, à partir de l’évaluation de la sensibilité des propriétés radiatives de ces nuages au profil vertical, qu’il est important de prendre en compte cette hétérogénéité et comment retrouver certaines informations sur le profil vertical par télédétection passive

Clouds are a major source of uncertainties in current climate models. These uncertainties arise from the difficulty to establish parameterizations to integrate properly the radiative properties of clouds in climate models. To improve and optimize these parameterizations, it is necessary to collect a large amount of information on macrophysical and microphysical cloud properties. The determination of these properties is mainly based on the comparison of satellite measurements to simulations from radiative transfer models in cloudy atmosphere. In this study, we investigate the radiative properties of cirrus clouds which are composed of ice crystals with various shapes and sizes. Thus, a correct representation of cirrus radiative properties depends on a good understanding of the scattering and absoption properties of ice crystals encountered in this clouds. For this, we have developped…

Advisors/Committee Members: Brogniez, Gérard (thesis director), Riedi, Jérôme (thesis director).

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137 p. : ill. ; 30 cm

Ce présent travail reporte les propriétés des microparticules de chitosan phosphorylées et des microparticules chitosane/hydroxyapatite (Cs/HA : 100/00, 70/30, 50/50 et 30/70) obtenues par émulsification. La morphologie des microparticules de chitosane, observée au microscope électronique à balayage (SEM), montre un agrégat de microparticules sphériques avec une taille particulaire, déterminée par microscope optique, de 4 à 10 µm. Ces biomatériaux ont été ensuite immergés dans une solution 1.5 fois plus concentrée que le fluide biologique pendant différents temps en vue d'étudier leur biominéralisation in-vitro. Les caractéristiques de ces systèmes ont été étudiées en utilisant la diffraction des rayons X (XRD), la spectroscopie de photoélectron X (XPS), la spectroscopie FTIR et spectroscopie d'émission atomique (ICP-AES). En fait, le minéral formé sur les microparticules a été de l'HA carbonatée et/ou un mélange d'HA et de carbonate sous forme de calcite comme montré par les pics FTIR à 1419,5 et 871,8 cm-1 et le pic DRX à 29.5°. Cette formation est favorisée par la présence de l'HA dans les microparticules de chitosane. L'analyse par XPS montre clairement la formation de CaCO3 et la précipitation de l'HA déficit en calcium (CDHA). Les incertitudes quant à la nature du modèle de phosphate de calcium utilisé et le bon marqueur des carbonates de calcium ont été abordées en comparant l'effet possible sur les résultats, qui a été facilité en utilisant les diagrammes ternaires de composition. Quelque soit leur formulation, les microparticules natives ont été trouvées enrobées par une couche épaisse de l'huile de paraffine. La précipitation des carbonates et des phosphates de calcium est favorisée par la présence des phosphates dans la formulation initiale que ce soit par phosphorylation ou par incorporation de l'HA. Ces résultats sont confirmés par les vues SEM qui montrent la croissance des cristaux en forme de choux-fleurs. Enfin, la possibilité de l'encapsulation et de la libération des antibiotiques (oxytétracycline (OTC), pénicilline G (Peni G) et gentamicine (Gen)) a été étudiée. Par comparaison entre les trois antibiotiques utilisés, il a été remarqué que la libération de la Gen est très lente par rapport à l'OTC et la Peni G

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La synthèse d’objets hybrides silice/latex constitue le coeur de ce travail de doctorat ; il s’agit de recouvrir partiellement des particules de polystyrène par de la silice nanométrique. Pour cela la polymérisation en émulsion de la phase organique in-situ en présence de nanoparticules de silice a été sélectionnée, en présence d’auxiliaires organiques pour rendre les surfaces amphiphiles. Les premières formulations mises en oeuvre avec des tensioactifs n’ont pas conduit à la décoration des latex parce que la présence de ces molécules aux interfaces favorise plutôt la dispersion des latex, empêchant l’adsorption de la silice. Par la suite, l’étude de deux systèmes composés respectivement d’une silice chargée négativement et du PEGMA, et d’une silice chargée positivement et du PSS, ont permis d’obtenir des latex « décorés » caractérisés par ATG et MET. Les mécanismes proposés s’appuient, selon les conditions, sur des mécanismes de nucléation homogène ou de nucléation en gouttelettes. Il apparait que la maîtrise des interactions pouvant être produites à la surface du latex est très importante pour permettre à la silice de se placer à sa surface. Ainsi, le choix de l’amorceur ou de l’auxiliaire organique est un paramètre clé pour obtenir des particules hybrides.Dans la dernière partie de cette étude, la silice a été introduite sous la forme d’objets hybrides silice/latex dans une suspension d’alumine pour procéder à l’hétérocoagulation des deux matériaux et à la granulation de l’alumine. La combinaison des propriétés des matériaux organique et inorganique constituant les particules hybrides a permis de conduire à l’amélioration de l’organisation microstructurale interne du granule lors de l’étape de séchage, en diminuant de manière significative les fissurations au sein des granules.

This work is centered on the silica/latex hybrid particles synthesis: the aim of the study is to partially cover the polystyrene beads with silica nanoparticles. For this purpose, in-situ emulsion polymerization of the organic phase with silica has been selected with organic auxiliaries to make the surfaces amphiphilic. The first compositions processed with surfactants did not lead to latex decoration because the presence of the molecules at the interface favors the dispersion of the latex impeding silica adsorption. Then, the study of two systems with, in one hand negatively charged silica and PEGMA, and in the other hand positively charged silica and PSS, allowed to get “decorated” latex characterized by TGA and TEM. The proposed mechanisms are based on the homogeneous nucleation or the droplet nucleation mechanisms depending on the conditions. It appears that the control of the interactions that could be produced at the surface of the latex is very important to allow the silica to go at the surface. Thus, the initiator or organic auxiliary choice is a key parameter to get hybrid particles.In the last part of this study, silica has been introduced via hybrid particles in an alumina suspension to proceed to heterocoagulation of both…

Advisors/Committee Members: Pagnoux, Cécile (thesis director), Aimable, Anne (thesis director).

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137 p. : ill. ; 30 cm

Ce présent travail reporte les propriétés des microparticules de chitosan phosphorylées et des microparticules chitosane/hydroxyapatite (Cs/HA : 100/00, 70/30, 50/50 et 30/70) obtenues par émulsification. La morphologie des microparticules de chitosane, observée au microscope électronique à balayage (SEM), montre un agrégat de microparticules sphériques avec une taille particulaire, déterminée par microscope optique, de 4 à 10 µm. Ces biomatériaux ont été ensuite immergés dans une solution 1.5 fois plus concentrée que le fluide biologique pendant différents temps en vue d'étudier leur biominéralisation in-vitro. Les caractéristiques de ces systèmes ont été étudiées en utilisant la diffraction des rayons X (XRD), la spectroscopie de photoélectron X (XPS), la spectroscopie FTIR et spectroscopie d'émission atomique (ICP-AES). En fait, le minéral formé sur les microparticules a été de l'HA carbonatée et/ou un mélange d'HA et de carbonate sous forme de calcite comme montré par les pics FTIR à 1419,5 et 871,8 cm-1 et le pic DRX à 29.5°. Cette formation est favorisée par la présence de l'HA dans les microparticules de chitosane. L'analyse par XPS montre clairement la formation de CaCO3 et la précipitation de l'HA déficit en calcium (CDHA). Les incertitudes quant à la nature du modèle de phosphate de calcium utilisé et le bon marqueur des carbonates de calcium ont été abordées en comparant l'effet possible sur les résultats, qui a été facilité en utilisant les diagrammes ternaires de composition. Quelque soit leur formulation, les microparticules natives ont été trouvées enrobées par une couche épaisse de l'huile de paraffine. La précipitation des carbonates et des phosphates de calcium est favorisée par la présence des phosphates dans la formulation initiale que ce soit par phosphorylation ou par incorporation de l'HA. Ces résultats sont confirmés par les vues SEM qui montrent la croissance des cristaux en forme de choux-fleurs. Enfin, la possibilité de l'encapsulation et de la libération des antibiotiques (oxytétracycline (OTC), pénicilline G (Peni G) et gentamicine (Gen)) a été étudiée. Par comparaison entre les trois antibiotiques utilisés, il a été remarqué que la libération de la Gen est très lente par rapport à l'OTC et la Peni G

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Cette étude se situe dans le cadre de la « théorie de l’énonciation », élaborée par A. Culioli et son groupe. Les particules énonciatives (zain, mῡ, ŝakῡ) ont un rôle primordial dans la construction du discours. L’analyse de ces trois particules réalisées à partir d’un corpus oral a montré l’importance de ces particules dans le discours en présentant ses valeurs et ses fonctionnements qui sont multiples et qui dépendent de leurs positions dans l’énoncé. Ainsi la diversité de valeurs provient du type de discours entre les deux locuteurs. C’est donc la nature polysémique et polyfonctionnelle de ces particules qui provoque l’importance de ces particules dans le discours. Cette nature est le point à partir duquel se développera notre réflexion. En étudiant les fonctionnements et les valeurs de ces particules, nous mettrons en lumière les opérations dont les particules sont la trace et les significations de ces particules en différentes situations ou différents contextes. Cette étude montre que les particules énonciatives en arabe irakien constituent une catégorie grammaticale indépendante compte tenu de leurs fonctions et leur position syntagmatique. Et elle montre que les significations de ces particules dépendent de leurs positions dans l’énoncé et de leurs valeurs

The discourse particles (zain, mῡ, ŝakῡ) play a key role in the construction of meaning analysis of these three particles based on an oral corpus shows the importance of these particles in speech : alsos shows that their values and operations depend on their position in the sentence. Thus the diversity of values comes from the type of discourse between the two speakers. It is the polysemic and multifunctional nature of these particles that causes the importance of these particles in the speech. This thesis shows that the discourse particles in Iraqi Arabic grammar form a separate category because of their function and position. The meanings of these particles depend on their positions and their values

Advisors/Committee Members: Nhneanotnu Osu, Sylvester (thesis director).

▼ Les expériences de laboratoire montrent que, même dans des solutions très diluées, l’interaction des polymères avec des écoulements fluides peut modifier considérablement les propriétés des écoulements turbulents ou, si l’écoulement est laminaire, peut déclencher un nouveau type de mouvement irrégulier appelé «turbulence élastique». Les écoulements dans un tel régime dynamique sont prometteurs pour améliorer l'efficacité du mélange dans les applications microfluidiques, qui impliquent souvent la présence d'impuretés de taille finie en suspension, telles que des particules solides petites et lourdes. La compréhension de la dispersion des particules dans les écoulements à grand nombre de Reynolds des fluides newtoniens et non newtoniens a déjà été abordée dans des études antérieures, qui ont mis en évidence des effets à la fois à grande et à petite échelle et est un sujet d'intérêt à la fois fondamental et pour des applications environnementales ou industrielles par exemple. Cependant, la dynamique des particules dans les écoulements élastiques et turbulents reste encore peu explorée. L’étude ici vise à étudier les propriétés d’agrégation de particules matérielles ponctuelles (plus lourdes que le fluide porteur) dans les fluides viscoélastiques dans des conditions de turbulence élastique (c’est-à-dire dans le cas de faible inertie du fluide et de grande élasticité). Nous effectuons des simulations numériques directes bi-dimensionelles d’écoulements périodiques avec cisaillement moyen de Kolmogorov avec des solutions de polymères dilués décrites par le modèle Oldroyd-B. Les caractéristiques à petite et grande échelle de la distribution résultante inhomogène de particules sont examinées, en se concentrant sur leur connexion avec la structure sous-jacente de l’écoulement . Notre analyse révèle que les particules sont préférentiellement regroupées dans des régions où les polymères sont instantanément maximalement étirés. L’intensité d’un tel phénomène dépend de l’interaction paramétrée par le nombre de Stokes, entre l’inertie des particules et l’échelle de temps typique associée à l’écoulement de turbulence élastique, et est la plus grande pour des valeurs intermédiaires d’inertie de particules. En particulier, il est montré que la concentration préférentielle de suspensions de particules inertielles dans de tels écoulements ressemblant à la turbulence découle de la nature dissipative de leurs dynamiques. Nous établissons une caractérisation quantitative de ce phénomène (utilisant la corrélation et la dimension de Kaplan-Yorke) qui permet de le relier à l’accumulation de particules dans des régions de l’écoulement filamenteuses fortement déformées produisant des grappes de dimension fractale faiblement supérieure à 1. À plus grande échelle, les particules subissent une ségrégation de type turbophorétique dans la direction non-homogéne de l'écoulement. En effet, nos résultats indiquent que la distribution des particules est fortement liée aux structures moyennes de l’écoulement de type turbulent. En raison de la… Advisors/Committee Members: Mompean, Gilmar (thesis director), Calzavarini, Enrico (thesis director), Berti, Stefano (thesis director).

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L’émission de HAPs (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et de particules carbonées produis lors de la combustion d’hydrocarbures ont un impact important à la fois sur l’environnement et sur la santé. En effet, les particules de suie, étant des particules ultra-fines sont facilement assimilées par le système respiratoire et provoquent des troubles de l’organisme. De plus, les HAPs que ce soit en phase gazeuse ou adsorbés à la surface des suies sont reconnus comme étant des composés mutagènes et cancérigènes. La limitation des émissions de ces espèces polluantes passe par une compréhension des mécanismes à l’origine de leur formation et nécessite donc la mise en place de techniques de plus en plus sensibles pour permettre leur détection dans des flammes où évoluent de nombreuses espèces chimiques en interaction les unes avec les autres. Ce travail de thèse a donc pour objectif de développer une nouvelle méthode de détection de HAPs sélective, sensible et quantitative reposant sur l’extraction des espèces de la flamme et à leur analyse par Fluorescence Induite par laser (LIF) après refroidissement au sein d’un jet supersonique. Cette stratégie conduit à l’obtention de spectres caractéristiques de HAPs spécifiques permettant ainsi leur mesure quantitative et sélective. Grâce au développement de cette méthode, la mesure de profils de fraction molaire de trois espèces clefs dans les mécanismes de formation des HAPs (benzène, naphtalène et pyrène) a pu être réalisée dans une flamme de prémélange CH4/O2/N2 stabilisée à basse pression pour différentes conditions de pression et de richesse. En parallèle, les profils de fraction volumique de suie ont été obtenus in situ par la technique d’Incandescence Induite par Laser (LII), ce qui a permis de dégager des corrélations entre concentrations de HAPs et de particules de suie. La base de données obtenue permettra d’affiner les modèles cinétiques de formation de HAPs et de suies dans les flammes.

The emission of PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) and carbonaceous particles produced during fuel combustion have a significant impact both on the environment and health. Indeed, soot particles, as ultra-fine particles are easily assimilated by the respiratory system and cause disorders of the body. In addition, PAHs either in the gas phase or adsorbed on the surface of soot are known to be mutagenic and carcinogenic compounds. Understanding of these pollutants formation requires the development of more and more sensitive techniques to allow their detection in flames, a complex environment where many chemical species interact. This thesis aims to develop a new selective, sensitive and quantitative method for detecting PAHs based on the extraction of flame species and their analysis by Laser Induced Fluorescence (LIF) after cooling within a supersonic jet. By using this method, it is possible to obtain selective spectra of individual PAHs allowing their selective and quantitative measurement in flames.With the development of this method, the measurement of mole fraction…

Advisors/Committee Members: Desgroux, Pascale (thesis director), Mercier, Xavier (thesis director).

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Une étude expérimentale sur le transfert des particules en suspension dans les milieux poreux est menée au laboratoire sur des colonnes remplies de sable en utilisant des techniques de traçage. Les effets du milieu poreux, de la taille des particules et de la polydispersivité de ces particules sur leur transport et dépôt sont étudiés. Des injections impulsion et des injections en continue de particules en suspension monodisperses (Latex) et polydisperses (Kaolinite) à différentes vitesses d’écoulement ont été réalisées. Deux milieux poreux de granulométries serrées et un troisième milieu poreux constitué du mélange des deux précédents sont utilisés. Par ailleurs, pour étudier l’effet de la taille et de de la polydispersivité des particules injectées, trois populations monodisperses de particules de latex ainsi que trois mélanges de ces dernières ont été utilisés. Les paramètres caractérisant le transport et le dépôt des particules en suspension sont déterminés en utilisant la solution analytique de l’équation convection-dispersion avec une cinétique de dépôt de premier ordre. L’effet de sélection de taille est étudié à partir des analyses granulométriques des particules prélevées dans les effluents à différents moments de la restitution et des particules déposées à différents horizons dans le milieu poreux. Les résultats ont montré que la vitesse d’écoulement, la distribution granulométrique du milieu poreux, la taille et la polydispersivité des particules en suspension jouent un rôle important dans le transport et le dépôt dans les milieux poreux.

An experimental study on the transfer of suspended particles in porous media is conducted in laboratory columns filled with sand using tracing techniques. The effects of the porous medium, the particle size and the polydispersity of the particles on their transport and deposition are investigated. Pulse injections and continuous injections of monodisperse suspended particles (latex) and polydisperse (kaolinite) under different flow velocities were performed. To study the effect of porous media grain size distribution on the transport and deposition of polydisperse suspended particles, three sands filled columns were used : Fine sand, Coarse sand, and a third sand obtained by mixing the two last sands in equal weight proportion. Furthermore, to investigate the effects of size and polydispersivity of the suspended particles, three populations of monodisperse latex particles and a forth population obtained by mixing the last three populations in equal volume proportion were used. The transport and deposition parameters of suspended particles were determined using the analytical solution of convection-dispersion equation with a first order deposition kinetics. The size selection effect is analyzed using particle-size analysis of the recovered particles in the effluent at different time intervals of injection and the deposited particles in the porous medium. The results showed that the flow velocity, porous media grain size distribution, the size and the polydispersity of…

Advisors/Committee Members: Wang, Hua-Qing (thesis director).

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Dans une chaîne de traitement des eaux usées, les unités de dessablage permettent d’éliminer les particules nuisibles aux procédés localisés en aval. Malgré leur importance, les unités de dessablage ont peu été étudiées. Les méthodes de caractérisation des particules de l’affluent et l’effluent de l’unité de dessablage sont non-standardisées, rendant difficile l’évaluation des performances de celles-ci. L’objectif de ce mémoire est donc de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité des particules d’un affluent et d’un effluent d’unités de dessablage et d’établir un protocole d’évaluation de la performance d’un dessableur. Afin de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité, les principaux paramètres étudiés en laboratoire sont la taille, la vitesse de chute et la densité des particules. Cinq protocoles de caractérisation de la taille des particules ont été comparés. La caractérisation de la vitesse de chute a été réalisée à l’aide du protocole ViCAs et du système d’élutriation. Le protocole de caractérisation des particules de « grit » retenues consiste à laver les particules humides, les sécher à 105°C et les tamiser. Ce protocole est répétable et représentatif. Il a été observé que les particules sont composées généralement d’un mélange hétérogène de matière inorganique et organique de différentes dimensions. Toutefois, lors des évènements pluvieux, les distributions granulométriques sont plus fines et inorganiques comparativement au temps sec. On note aussi que la densité est plus grande pour les fractions plus petites que 600 microns (ρ=2,50) comparativement aux fractions plus grossières (ρ=1,40). Seul le système d’élutriation a permis de caractériser de grandes vitesses de chute (> 100 m/h) et peut être utilisé pour l’évaluation de la performance d’un dessableur. Pour être applicable, le protocole ViCAs doit être modifié en utilisant une colonne plus haute.

In wastewater treatment plant, grit chambers eliminate particles that will negatively affect processes downstream. Despite their importance, grit chambers are little studied. The characterization methods of the grit chamber’s influent and effluent are not standardized, making it difficult to compare and evaluate the performances reported. The objective of this master thesis was therefore to develop a protocol to characterize the settling properties of particles in an influent and effluent of a grit chamber unit and to establish a protocol to evaluate the grit chamber’s performance. In order to develop a settling characterization protocol, main parameters studied in the laboratory are the particle size, the particle settling velocity and the particle density. Five particle size characterization protocols were compared. The characterization of the settling velocity was evaluated using the ViCAs protocol and the elutriation system. The retained characterization protocol for grit chamber particles consists of washing wet particles, drying them at 105 °C and sieving them. The protocol was found to be repeatable and…

Advisors/Committee Members: Lessard, Paul, Vanrolleghem, Peter A..

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Dans un contexte de protection des biens et des personnes, le CEA DAM s’intéresse aux mousses aqueuses pour leur capacité à confiner une détonation. L’objectif est, d’une part, d’atténuer les effets de souffle liés à la détonation d’un engin explosif et, d’autre part, de capturer les particules solides micrométriques potentiellement nocives, pouvant être émises.Les mousses aqueuses sont des milieux diphasiques, assemblages de bulles de gaz, encapsulées dans une matrice de films liquides et d’arêtes, appelées Bords de Plateau et de nœuds. On s’intéresse aux mousses dites sèches, c’est-à-dire ayant une fraction volumique de la phase liquide inférieure à 5 %. L’objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes sous-jacents à la seconde problématique, par la réalisation de campagnes expérimentales, et de développer un outil numérique permettant de les simuler. Les travaux de thèse réalisés se décomposent en deux grandes parties. La première concerne la dispersion et le ralentissement de particules micrométriques,mises en vitesse par impulsion mécanique, dans une mousse intègre. Dans un premier temps, un modèle numérique de ralentissement de particules micrométriques dans ce milieu a été développé. Dans un second temps, des campagnes expérimentales menées, l’une en tube à choc dans les locaux du CEA, et l’autre, en canon électrique à plasma à l’Institut Pprime, ont mis en évidence le caractère atténuateur de la mousse, en termes de dispersion de particules, et ont conduit à la formulation de lois de traînée dans ce milieu. La seconde partie s’intéresse à la capture, par la mousse aqueuse, de particules micrométriques dispersées par explosif. Deux campagnes ont été réalisées à cet effet, au CEA/Gramat, afin de quantifier le taux de particules capturées par un confinement de mousse. Ainsi, une étude paramétrique a été réalisée en fonction de lamasse de la charge explosive, de celle des particules, de la granulométrie des particules et de la taille du confinement aqueux.Ces résultats attestent de l’efficacité de ce milieu diphasique dans la capture de particules micrométriques. La comparaison de ces résultats expérimentaux avec ceux issus d’un code eulérien multiphasique bidimensionnel, développé en parallèle, a permis de s’assurer de l’aptitude de ce dernier à prédire, non seulement la phénoménologie des ondes de souffle en présence de particules, mais également la dispersion et la capture de ces particules par mousse aqueuse.

In order to improve the protection of goods and persons, the CEA (The French Alternative Energies and Atomic Energy Commission) is interested in aqueous foams for their ability to mitigate a detonation. The objectives are, on one hand, to mitigate the blast effects related to the detonation of an explosive device and, on the other hand, to capture the potentially harmful micrometric solid particles that can be emitted. Aqueous foam is a two-phase medium, assemblies of gas bubbles, encapsulated in a matrix of liquid films and nodes, called Plateau Edges. We are interested in so-called dry…

Advisors/Committee Members: Chinnayya, Ashwin (thesis director), Counilh, Denis (thesis director).

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Nous avons étudié le comportement rhéologique de suspensions de particules non colloïdales plongées dans des fluides à seuil. Nous nous sommes focalisé sur la contribution purement mécanique des particules. Nous avons dans un premier temps étudié le comportement en régime solide en formulant de nombreux systèmes expérimentaux modèles. Nous avons mesuré les propriétés d’élasticité linéaire, ainsi que les propriétés de seuil. Nous trouvons des lois reliant les propriétés rhéologiques de la suspension à celles du fluide ainsi qu’à la fraction volumique en particules monodisperses pour une distribution isotrope. Nous validons une approche d’homogénéisation proposée par Chateau et al. reliant les propriétés linéaires aux propriétés non-linéaire par une loi simple qui permet ainsi de prédire le seuil de contrainte de ce type de matériaux. Cette approche est validée sur des mortiers modélisés par une suspension de billes de verre dans une pâte de ciment thixotrope. Dans un second temps, nous explorons le régime liquide et caractérisons le comportement en écoulement d’un fluide à seuil modèle, une émulsion, selon une modélisation d’Herschel-Bulkley d’exposant n=½. Nous montrons que cette loi reste valable pour une suspension de particules dans cette émulsion. Nous mesurons la consistance d’Herschel-Bulkley en fonction de la fraction volumique en particules et nous constatons un bon accord entre ces mesures et une loi prédite par l’approche d’homogénéisation de Chateau et al. Enfin, nous observons une distinction entre seuil d’arrêt et seuil de démarrage probablement dû à la distribution des particules

We study rheological behaviour of non colloïdal particles suspensions embedded in yield stress fluids. We focus on strictly mechanical particles influence. First, we study solid domain with a large experiment panel on model materials. We measure linear elasticity and yield stress. We found law which link suspensions properties to interstitial fluids one and monodisperses particles concentration for an isotropic distribution. We compare our results to a homogenization approach by Chateau et al. which give us a very simple law between linear and non linear properties. This approach could predict the yield stress variation as a function of particles concentration with a very good agreement. Then, we validate this approach on a model mortar (glass beads in a thixotropic cement paste). In a second part, we explore liquid domain and characterize flowing behaviour of a yield stress model fluid, an emulsion, as a Herschel-Bulkley fluid with an exponent n =½. We show that this law still applicable for particles suspension in this emulsion with the same Herschel-Bulkley exponent. Then, we measure Herschel-Bulkley consistency as a function of particles concentration and found a good agreement with a law predicted by Chateau et al. from a homogenization approach. Finally, we observe difference between stopping yield stress and starting yield stress, this difference is probably due to particles distribution

Advisors/Committee Members: Coussot, Philippe (thesis director).

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Dans ce travail, un nouveau modèle de liaison avec critère de rupture de cisaillement non linéaire est d'abord proposé et mis en œuvre dans PFC pour décrire le comportement mécanique de matériaux granulaires cohésifs isotropes tels que le grès. Un grand nombre de tests de compression ont été effectués sur des échantillons 3D. Les résultats montrent que l'effet de la pression de confinement sur la résistance à la compression et le modèle de rupture est bien décrit par ce modèle de liaison. Les effets du chemin de chargement et de la contrainte principale intermédiaire sur la déformation et la rupture ont également été étudiés. Après avoir étendu les paramètres d'élasticité et de résistance, deux modèles de liaison sont couplés pour caractériser l'anisotropie de la résistance et de la déformation dans les matériaux cohésifs anisotropes tels que les roches sédimentaires. Une série de test de compression avec différents chemin de chargement ont été effectués et les résultats numériques sont en bon accord avec les données expérimentales, en particulier pour les propriétés de réponse élastique et de résistance. La transformation du mode de défaillance entre la couche de faiblesse et la matrice de roche sous différentes pressions de confinement a été bien décrite. De plus, le modèle de liaison proposé a été étendu pour étudier le processus de fracturation hydraulique dans les matériaux cohésifs. Un processus de propagation de fracture hydraulique représentatif a été présenté. Enfin, nous avons développé une méthode de reconstruction dimensionnelle de l'irrégularité de la forme des blocs et étudié ses effets sur les impacts des blocs en utilisant une approche basée sur l'énergie.

In this work, a new bond model with nonlinear shear failure criterion is first proposed and implemented in PFC for describing mechanical behavior of isotropic cohesive granular materials such as sandstone. A large number of compression tests have been performed on 3D samples. The results show that the effect of confining pressure on compressive strength and failure pattern is well described by the proposed bond model. Effects of loading path and the intermediate principal stress on deformation and failure have been also investigated. After further extending parameters on elastic and strength, two bond models: the proposed bond model and the improved smooth joint model, are coupled to character the anisotropy of strength and deformation in anisotropic cohesive materials such as sedimentary rocks. A series of conventional triaxial compression tests with different loading paths have been performed and numerical results are in good agreement with experimental data, especially for elastic response and strength properties. The failure mode transformation between weakness layer and rock matrix under different confining pressures has been well described. Furthermore, the proposed bond model has been extended to study hydraulic fracturing process in cohesive materials. A representative hydraulic fracture propagation process has been presented. Influences…

Advisors/Committee Members: Saxcé, Géry de (thesis director), Shao, Jianfu (thesis director).

▼ De rapides avancées technologiques ont autorisé depuis le début des années 1980 un développement important des lasers de puissance et ont ouvert la voie aux régimes d’interaction laser-matière relativiste. L’accès aux intensités lumineuses supérieures à 1.1018 W.cm-2 a ainsi donné la possibilité à la communauté scientifique d’explorer une nouvelle physique riche d’applications. Bien que le principal moteur ait historiquement été constitué par les recherche sur la fusion par confinement inertiel, l’astrophysique de laboratoire, la génération de rayonnement (harmoniques, bétatron, X) ou la génération de particules énergétiques (électrons, ions) élargissent de plus en plus ce domaine d’étude.En effet, les très bonnes qualités des sources lumineuses et des sources d’ions créées par laser laissent fortement envisager qu’elles viendront un jour remplacer les sources conventionnelles comme les synchrotrons ou les accélérateurs qui sont des machines très coûteuses.Dans le cadre de cette thèse, une attention toute particulière a été portée à l’accélération d’ions qui a déjà montré son fort potentiel en termes de qualité des faisceaux accélérés. Malheureusement, ses applications sont encore limitées (radiographie, chauffage isochorique) à cause de paramètres limitants comme la divergence du faisceau, le spectre large ou l’énergie maximale atteinte par ces faisceaux. Au cours de ce travail de thèse, l’accent a plus particulièrement été mis sur l’augmentation de l’énergie maximale des faisceaux de protons dans le cadre des régimes à ultra haute intensité (supérieur à 1.1019W.cm-2). Cette recherche s’est orientée suivant deux axes principaux (impulsions longue et courtes), qui ont donné lieu à de nombreux échanges et au renforcement de la collaboration entre les laboratoires du LULI à l’École Polytechnique (France) et l’INRS-EMT (Canada).Dans le cadre des recherches menées au sein du LULI, des techniques innovantes ont pu être explorées afin de poursuivre la compréhension des mécanismes et d’améliorer les qualités de l’accélération d’ions à partir d’impulsion “longues” (entre 300 fs et 1,5 ps). Nous avons montré que l’utilisation de cibles ayant des dimensions transverses réduites permettait le confinement géométrique des électrons dans la zone d’impact du laser et augmentait ainsi significativement le taux de conversion de l’énergie laser vers les protons et l’énergie maximale atteinte par le faisceau. Par ailleurs, l’utilisation originale d’une optique plasma refocalisante a démontré son efficacité quant à réduire fortement la surface de focalisation du laser, conduisant à augmenter son intensité et donc l’énergie de coupure des faisceaux d’ions accélérés. Enfin, l’utilisation de deux impulsions laser a mis en évidence qu’une interaction entre les électrons accélérés par chaque impulsion était possible et qu’elle permet de modifier l’énergie et la typologie des faisceaux de protons.Les expériences réalisées au sein de l’INRS-EMT visaient quant à elle à améliorer la compréhension des régimes d’accélération femtoseconde, où peu… Advisors/Committee Members: Kieffer, Jean-Claude (thesis director), Fuchs, Julien (thesis director).

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Dans cette thèse, nous avons caractérisé chimiquement (métaux, EC, OC) les particules atmosphériques (PM10, PM2,5, PM1), étudié leurs sources et leur devenir puis modélisé leur comportement dynamique dans l’air intérieur de classes d’écoles du Nord Pas de Calais. Les teneurs en PM10 dépassent largement et presque systématiquement (moyenne de huit écoles : 97±28µg/m3) la valeur de gestion journalière (50µg/m3) pour l’air intérieur (recommandations OMS et ANSES). Les seuls éléments métalliques (Al, Ba, Ca, Fe) nettement associés à une source intérieure sont liés à l’utilisation de craie. Bien que l’on retrouve une quantité importante de particules d’origine extérieure dans les classes (trafic automobile, sources industrielles ou naturelles, …), les activités physiques des élèves sont à l’origine de la majeure partie des teneurs en PM10 en suspension dans l’air intérieur. Ce phénomène de remise en suspension n’influence pas significativement la répartition des métaux, majeurs et traces dans les PM10. La modélisation de l’évolution des teneurs en PM10 intérieures est clairement influencée par la présence d’activité dans les classes, nécessitant de prendre en compte les phénomènes de remises en suspension. De même, le comportement des particules est lié à la distribution granulométrique ainsi qu’aux caractéristiques intrinsèques du bâtiment qui contrôlent les échanges d’air avec l’extérieur. Le modèle déterministe développé dans ce travail permet une prédiction simple de l’évolution des concentrations en particules en fonction de leur distribution granulométrique dans les classes d’écoles.

During this thesis, we chemically characterized (metals, EC, OC) then studied the sources and the fate of airborne particles (PM10, PM2,5, PM1) in indoor air. Another part of this work concerns the modelization of their behavior in class-rooms of primary schools in the Nord Pas de Calais region. These PM10 values largely and almost systematically exceed (average value for eight schools: 97 ± 28μg/m3) the daily limit values (50μg/m3) for indoor air (WHO and ANSES recommendations). The only elements Al, Ba, Ca and Fe clearly associated to an indoor source are linked to the use of chalk. Although there is a significant amount of particles of outdoor origins found in class-rooms (such as traffic, industrial or natural sources), pupils’ physical activities represent the major source of airborne PM10 in indoor air. The resuspension phenomenon doesn’t influence significantly the elemental (major and traces elements) distribution of the indoor PM10.The modelization of the evolution of indoor PM10 is clearly influenced by the activities of the pupils in class-rooms, requiring taking into account the resuspension phenomena. In addition, the behavior of particles is associated to their size distribution as well as the intrinsic characteristics of the building envelope which control the indoor-outdoor air exchange.The deterministic model developed in this work will allow easily simulating the evolution of particle concentrations according to…

Advisors/Committee Members: Galloo, Jean-Claude (thesis director), Coddeville, Patrice (thesis director).

▼ Ce mémoire comporte une étude de l’alliage Cd3_ZnxAs2 au moyen des phénomènes de transport tels que l'effet Hall, la résistivité et la magnétorésistivité. Les mesures ont été effectuées en fonction de la température, entre 200 K et 500 K, sur des échantillons dont les valeurs de x étaient 0.35, 0.50 et 0.55. Le but consistait à mettre en évidence l’inversion de bandes prédite dans cette région du système d’alliages en question. Une anomalie très nette est apparue dans la variation d'effet Hall en fonction de la température chez 1v échantillon de composition x = 0.50. Celle-ci serait due à une augmentation dans la mobilité électronique qui traduit ainsi une inversion de bandes dans le système Cd3_xZnAs2. Advisors/Committee Members: Aubin, Marcel J. (advisor).

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Une plaque métallique soumise à un choc (étain, quelques 10 GPa) se met en mouvement et subit divers endommagements comme l'écaillage ou l'éjection d'un nuage de particules. Deux principaux mécanismes sont à l'origine de ce nuage : la micro-éjection et le passage en fusion. La Vélocimétrie Hétérodyne (VH) est un diagnostic de mesure multi-vitesses résolue en temps. Son développement a été rendu possible dans les années 2000 ; sa conception, entièrement fibrée, permet une intégration aisée aux expériences de physique des chocs. L'objet de ce mémoire de doctorat est de qualifier les apports de la VH pour la caractérisation des nuages de particules hautement véloces (plusieurs km/s), notamment de ceux issus de la micro-éjection.Ce document propose un état de l'art des générateurs de choc, des diagnostics et des études (numériques ou expérimentales), associé à la physique de la micro-éjection métallique par des micro-stries. Une étude poussée du diagnostic VH est proposée. Elle conduit à la définition d'un spectrogramme temps-vitesse en unité de puissance collectée ainsi qu'une limite de détectivité du dispositif. Grâce à des modèles basés sur la physique de la diffusion, une limite en termes de diamètre de particules observables est annoncée. Un programme de simulation de spectrogramme VH est présenté dans le cadre des études de nuage. Enfin, plusieurs campagnes expérimentales sont exposées. Elles soulignent les capacités remarquables du moyen ; les résultats sont comparés aux simulations. La distribution en diamètre de particules a pu être inférée grâce au freinage imposé par le gaz ambiant ou d'autres gaz. Des analyses radiométriques sont également proposées.

A metal plate subjected to a shock (tin, 10 GPa) undergoes a variety of damages such as spalling or the ejection of a cloud of particles. Two main mechanisms govern the formation of this cloud: the micro-jetting and the melting under shock. Photonic Doppler Velocimetry (PDV, a.k.a. LDV or het-V) is a multi-velocity time-resolved diagnostic. Developed from 2000s, the all-fibered conception makes its integration easy into shock experiments. The purpose of the thesis is to describe the contributions of PDV systems for high-velocity (several km/s) particle-cloud characterization, including micro-jetting cloud.This document presents a state of the art of shock generators, diagnostics and (numerical and experimental) studies involved in metallic micro-machined jetting. An extensive study of a PDV system is proposed. It leads to the definition of time-velocity spectrogram, evaluated in units of collected power, and a detectivity limit. Thanks to photon diffusion models, a threshold in the diameter of the measured particle is estimated. A PDV spectrogram simulation program is shown within the framework of particle clouds. Finally, several experimental campaigns are exposed. They emphasize the remarkable capacities of the system; results are compared to simulations. Diameter distributions are inferred using slowing down in air or in other gazes. Some radiometric…

Advisors/Committee Members: Berthe, Laurent (thesis director).

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Dans cette thèse nous nous proposons d’évaluer les différents modèles de programmation disponibles pour adresser les architectures de type manycore et/ou hétérogènes dans le cadre des codes de transport Monte Carlo. On considèrera dans un premier temps un cas test d’application simple mais représentatif pour couvrir un éventail assez large de solutions et les comparer en terme de performance, de portabilité de la performance, de facilité de mise en œuvre et de maintenabilité. Les architectures cibles sont les CPU `classique', Intel Xeon Phi et GPU. Les modèles de programmation les plus pertinents seront ensuite mis en place dans un code de transport Monte Carlo.

In this thesis we propose to evaluate the different programming models available for addressing manycore and / or heterogeneous architectures within the framework of the Monte Carlo transport codes. A simple but representative application test case will be considered in order to cover a fairly wide range of solutions and compare them in terms of performance, portability of performance, ease of implementation and maintainability. The target architectures are `classic' CPUs, Intel Xeon Phi and GPUs. The most relevant programming models will then be set up in a Monte Carlo transport code.

Advisors/Committee Members: Calvin, Christophe (thesis director).

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Ce travail a eu pour objectif d’étudier l’oxydation hétérogène de composés aromatiques polycycliques (CAP) adsorbés sur des particules solides, exposés à des oxydants troposphériques. Après adaptation et validation des protocoles analytiques, deux aspects ont été abordés : les cinétiques de dégradation avec O3, NO2 et OH dans un premier temps, puis l’étude des produits d’oxydation formés au cours de ces réactions. Les constantes de vitesse mesurées ont permis de comparer les différences de réactivité entre les composés étudiés (pyrène, 1-nitropyrène, 1-hydroxypyrène, 9,10-anthraquinone). L’influence de différents paramètres sur la réactivité (nature des particules, concentration en HAP…) a aussi été étudiée. Enfin, la détermination des produits d’oxydation et leur quantification, quand cela a été possible, a permis de mieux comprendre le devenir de ces composés particulaires dans l’atmosphère, à travers les mécanismes réactionnels proposés.

This work deals with the study of the atmospheric heterogeneous oxidation of polycyclic aromatic compounds (PACs) adsorbed on particles. After the development and the validation of the different analytical procedures, degradation kinetics and oxidation products were investigated for the reactions of NO2, OH and O3 with pyrene, 1-nitropyrene, 1-hydroxypyrene and 9,10-anthraquinone. The measured rate constants allowed to compare the reactivity of the different compounds. The influence of some parameters on the reactivity (nature of particles, PAC concentration…) has also been studied. Finally, the corresponding oxidation products were also measured, and quantified when possible, allowing to a better understanding of the fate of particulate PACs in the atmosphere, through the proposed chemical mechanisms.

Advisors/Committee Members: Villenave, Eric (thesis director), Budzinski, Hélène (thesis director).

▼ Des mélanges de gaz et de particules sont présents dans divers environnements géophysiques. De tels mélanges chauds sont générés par des éruptions volcaniques explosives et comprennent des écoulements de conduit, des jets et des panaches, ainsi que des courants de densité pyroclastiques. La concentration de particules dans ces mélanges volcaniques peut varier fortement, allant de concentrations élevées (>50 % en volume) dans les écoulements denses fluidisés à des concentrations très faibles dans les suspensions diluées dans lesquelles les particules sont mises en suspension par la phase gazeuse turbulente. Une limite de concentration inférieure à ~% en volume dans les suspensions diluées a été suggérée par des études récentes, car des concentrations plus élevées nécessiteraient une énergie cinétique turbulente excessive. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier expérimentalement le comportement d'un écoulement d'air turbulent dans un cylindre avec des concentrations de particules croissantes, pour différents nombres de Reynolds et en utilisant différents types de particules. Les nombres de Reynolds des mélanges gaz-particules dans les expériences atteignaient ~106. Une première série d'expériences a été menée avec des billes de verre de différentes tailles allant de 75-80 μm jusqu'à 2 mm, pour un total de huit tailles de particules. Au-dessus d'un seuil de concentration moyenne de 0.5-3 % en volume, qui augmentait avec le nombre de Reynolds, le comportement de l'écoulement a montré une transition d'une suspension homogène de particules (sous la concentration maximale) vers une séparation en une partie basale dense et une partie supérieure diluée contenant la concentration maximale des particules. Ce seuil de concentration a été détecté à l'aide de mesures de pression et d'une méthode impliquant une sphère dont la densité était légèrement inférieure à la densité apparente des particules et qui pouvait donc flotter au-dessus de la partie basale dense, si celle-ci était présente. Des vidéos à haute vitesse ont révélé que l'apparition de la concentration maximale de particules coïncidait avec l'émergence d’amas de particules dans la partie turbulente diluée. Dans une deuxième partie de la thèse, les expériences ont été répétées pour cinq gammes de tailles de particules de céramique et elles ont révélé le même comportement général que pour les billes de verre. Pour les deux types de particules, une concentration maximale a pu être détectée pour presque toutes les tailles de particules et a montré une augmentation avec le nombre de Reynolds à la puissance 1/5 (billes de verre) ou 0.4 (billes de céramique). Compte tenu du nombre de Reynolds des particules, la concentration maximale des particules augmente ensuite jusqu'à la puissance de 1/6 pour les particules de céramique et de verre. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives sur la structure des mélanges gaz-particules volcaniques et ils fournissent également des contraintes pour les données d'entrée et de sortie des simulations numériques et pour les… Advisors/Committee Members: Roche, Olivier (thesis director).

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L’étude des aérosols stratosphériques est importante pour comprendre le bilan radiatif terrestre. A l’heure actuelle, notre représentation des différents types de particules stratosphériques et leurs répartitions spatiale et temporelle n’est pas complète. Au cours de cette thèse, nous tentons de montrer que la mesure de la concentration en particules sous ballon météorologique au moyen d’un nouveau mini compteur de particules, le LOAC, pourrait permettre de rendre compte de la possible variabilité locale du contenu en aérosols stratosphériques dans la gamme de taille 0,2 à 100 μm en diamètre. La première partie de ce travail consiste à caractériser plus précisément les performances du LOAC sous ballon météorologique appliqué à la mesure en stratosphère. La seconde partie propose une analyse comparée du contenu en aérosols stratosphériques obtenu par LOAC, à partir de lâchers de ballons en France régulièrement depuis 3 ans et plus ponctuellement à l’étranger dans des situations particulières (volcan, mousson), et par d’autres types de données (Observations spatiales, lidar sol et simulation globale). Nous montrons alors que l’instrument possède une limite de détection rendant difficile la mesure des particules submicroniques lors de période de fond en moyenne stratosphère pour des concentrations de l’ordre d’une particule par cm3. Dans sa version actuelle, le LOAC permet de documenter les panaches volcaniques en troposphère ainsi qu’en basse stratosphère. En perspective, nous proposons des directions pour la calibration et l’analyse des futures données d’une nouvelle génération de l’instrument en développement.

The study of the stratospheric aerosols is important to our understanding of the terrestrial radiative budget. Our current comprehension of the different types of stratospheric particles and their spatial and temporal distribution is incomplete. In the present study, we try to show that measuring particle concentrations by the means of a new balloon-borne miniature particle counter, the LOAC, may allow us to determine the local variability in stratospheric aerosols in the size range 0.2 – 100 μm in diameter. In that respect, the PhD thesis consists of a first phase of a more accurate characterisation of the LOAC’s performances under balloon-borne measurement. A second phase consists of comparative analysis of stratospheric aerosol content based on a LOAC dataset obtained during a continuous campaign of balloon launches in France, along with some occasional flights abroad under particular circumstances (volcanic eruption, monsoon). Thus we show that the LOAC has a detection limit that restricts the measurement of submicronic particles in volcanic quiescent periods for concentrations lower than typically 1 particle per cm3. In its current version, the LOAC allows us to characterise aerosols in volcanic plumes in the troposphere and lower stratosphere. And, further, we propose directions concerning possible calibration and analysis strategies for the future data from the next generation of the LOAC currently in…

Advisors/Committee Members: Renard, Jean-Baptiste (thesis director).

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L’objectif de cette étude était de développer une nouvelle génération de catalyseurs, dits électrochimiques, capables d’abaisser la température de régénération des filtres à particules, et de diminuer les coûts du post-traitement des moteurs Diesel, en évitant notamment une surconsommation en carburant. Pour cela, un banc de mesure a été développé où de forts moyens analytiques pour les phases gazeuses (GC et analyseur de NOx), particulaires (spectromètre de masse à aérosols AMS) et de caractérisations physiques des aérosols (SMPS, Scanning Mobility Particle Sizer) ont été couplés. Le catalyseur électrochimique développé est composé d’un catalyseur oxyde de type pérovskite La0.5Sr0.23Ag0.27MnO3±δ (noté LSAM), en contact avec un électrolyte solide conducteur par les ions O2-, la zircone dopée à l’oxyde d’yttrium (YSZ). L’enduction de ce catalyseur électrochimique directement dans les canaux d’un filtre à particule (FAP) en céramique (SiC) a montré des performances permettant d’abaisser la température de régénération des FAP de 100°C voire de 260°C selon le flux de régénération. Ces performances sont le résultat d’un effet de synergie entre les phases de la pérovskite LSAM et du conducteur ionique YSZ

The aim of this study was to develop a new generation of catalysts, called electrochemical, which can lower the regeneration temperature of the particulate filter, and reduce post-treatment costs of Diesel engines, especially avoiding over-consumption of fuel. For this, a test bench has been developed where strong analytical analyzer for gas phases (GC and Nox analyzer), for particles (aerosol mass spectrometer AMS) and for physical characterization of aerosols (SMPS, Scanning Mobility Particle Sizer) have been coupled. The electrochemical catalyst developed is composed of a perovskite catalyst La0.5Sr0.23Ag0.27MnO3±δ (denoted LSAM), in contact with a solid electrolyte conductor by O2-ions, yttria stabilised zirconia (YSZ). The coating of the electrochemical catalyst directly into the channels of a particulate filter (DPF) showed performance to lower the DPF regeneration temperature of 100°C or even 260°C depending of the regeneration flow. These performances are the result of a synergistic effect between the phases of the perovskite LSAM and YSZ ionic conductor

Advisors/Committee Members: Giroir-Fendler, Anne (thesis director).

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Les purées de fruits et légumes sont considérées dans ce travail comme des suspensions concentrées de particules végétales déformables suspendues dans une phase aqueuse non-Newtonienne, riche en sucre et en pectines solubles. Par une approche de type sciences des matériaux, ce travail a pour but de mieux comprendre et modéliser les relations structure-propriétés de ces systèmes à base de végétaux transformés.Pour limiter les facteurs de variabilité liés à la variété, la maturité ou au procédé de transformation des fruits, un lot unique de purée de pommes Golden Delicious a été utilisé pour l’intégralité de ce travail.L’utilisation de traitements mécaniques variables a permis de mettre en avant l’importance des paramètres de structures sur les propriétés rhéologiques des suspensions de particules végétales et de confirmer l’impact de premier ordre de la concentration en particules sur les propriétés rhéologiques. Trois domaines de concentration ont été mis en évidence et modélisés, permettant ainsi de proposer une définition de la fraction volumique pour ces particules végétales molles et très déformables, la fraction volumique des suspensions de particules végétales ne faisant pas encore consensus en littérature. La définition proposée dans ce travail permet, à phase continue équivalente, d’obtenir une courbe maitresse regroupant les différentes distributions de taille de particules sur toutes les gammes de concentration étudiées.Afin de mieux appréhender l’impact de la phase continue sur le comportement rhéologique des suspensions de particules végétales, des particules modèles ont été mises au point à partir du lot de purée réelle et suspendues dans cinq phases aqueuses modèles variant en viscosité, en composition et en force ionique. Les résultats de cette étude permettent de conclure que les propriétés élastiques des suspensions concentrées sont essentiellement gouvernées par les interactions entre les particules, la phase continue ayant un impact négligeable. Le rôle lubrifiant de la phase continue en domaine concentré a pu être mis en évidence par les mesures de seuil d’écoulement et par les mesures de viscosité.Une approche originale combinant particules modèles, microscopie confocale et reconstitution 3D a permis d’accéder aux modifications morphologiques subies par les particules en milieu très concentré, donnant ainsi accès aux ordres de grandeurs de diminution de volume subie par les particules lors de l’encombrement du système.Ce travail a également permis d’aboutir à la proposition d’une loi d’écoulement permettant de modéliser la dépendance de la viscosité à la fraction volumique occupée par les particules végétales, sur une large gamme de concentration. Ce modèle représente une avancée certaine dans la compréhension de ces systèmes, aucun modèle comparable n’avait encore été proposé dans la littérature sur ce type de particules.

In this work, fruit and vegetable purees are considered as concentrated suspensions of soft, deformable plant particles, suspended in a non-Newtonian aqueous phase,…

Advisors/Committee Members: Cuvelier, Gérard (thesis director).

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125 p. : ill. ; 30 cm

Face aux besoins de plus en plus importants en matériaux performants et à la nécessité d'une utilisation rationnelle et durable des ressources naturelles disponibles, l'industrie des matériaux composites notamment celle composite à base des fibres ,des panneaux de fibres et des panneaux de particules s'est particulièrement développée en utilisant comme matrice des résines thermodurcissables à base de formaldéhyde tels que l'urée formaldéhyde, le phénol formaldéhyde, la mélamine urée formaldéhyde, etc. Malheureusement, ces matériaux génèrent dans leur mise en œuvre et tout au long de leur vie du formaldéhyde qui est un produit volatil toxique. L'impérieuse nécessité de protection de la santé environnementale et la prévention de la toxicité avérée des émissions de formaldéhyde des liants conventionnels des panneaux de particules nous amène à diriger notre investigation vers le développement de nouveaux liants à faible rejet de formaldéhyde ou sans émission de formaldéhyde à travers la mise en œuvre de ressources naturelles. Ainsi la ressource bois, qui est la matière première de choix pour l'industrie des panneaux de fibres et de particules, se raréfie de plus en plus et se doit donc d'être préservée. Il s'agit d'un impératif de protection de l'environnement qui ouvre ainsi la voie à la valorisation de matières premières alternatives telles les ressources lignocellulosiques dont un exemple des plus significatifs est le palmier dattier . C'est ce dernier que nous avons choisi pour ce travail de thèse en tant que source de particules pour l'élaboration des panneaux de particules et des composites. C'est cette approche que nous avons choisie d'explorer dans ce travail de thèse en partant de l'hypothèse que l'on peut obtenir des panneaux de particules et des composites de résistance mécanique suffisante pour les utiliser comme matériaux à diverses fins en liant des particules de palmier dattier avec des biomolécules adhésives d'origine végétale ou bien avec des colles synthétiques. Le but de ces études est d'évaluer la possibilité d'élaborer des panneaux particules et des composites écologiques ayant de bonnes caractéristique

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L’objectif de cette étude est de bien décrire les mécanismes impliqués dans la remise en suspension des microparticules en conduite ventilée. Une méthodologie expérimentale est utilisée, et cela en tenant compte de la période d’accélération de l’écoulement qui précède l’atteinte du régime permanent. Une méthode optique a été choisi pour étudier le mouvement initial des particules, et leur cinétique de remise en suspension. Parallèlement, nous avons recueilli des données locales de l’écoulement en période d’accélération et au régime permanent.Le démarrage de la remise en suspension a été analysé relativement à l’évolution temporelle de trois paramètres pouvant influencer le démarrage de la remise en suspension, le premier est la vitesse instantanée en proche paroi, le second est l’intensité turbulente, et enfin le troisième est l’énergie cinétique turbulente. Le paramètre prépondérant sur le démarrage de la remise en suspension semble être l’énergie cinétique turbulente.

The objective of this study is to well describe the mechanisms involved in the resuspension of particles in ventilated duct by using an experimental methodology and taking into account the acceleration of the air flow which always precedes steady state. For that purpose, we chose an optical method in order to investigate the initial movement of particles, and to quantify the resuspension kinetics. In parallel we collected local data of the flow during acceleration and steady state.We observed that the resuspension kinetics starts during the acceleration period and extends to steady state. We highlighted the relevant velocity characteristics (critical velocity at the center duct and close to the wall, critical kinetic energy range) to explain this phenomenon. The resuspension start seems to be linked with a critical kinetic energy range.

Advisors/Committee Members: Solliec, Camille (thesis director), Le Coq, Laurence (thesis director).

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L’ablation par laser est un procédé envisagé pour le décapage de peintures pour l’assainissement et le démantèlement des installations nucléaires. Il est alors nécessaire de s’intéresser aux « produits » de l’ablation se présentant sous forme de particules et de gaz. La concentration numérique et massique des particules, leur granulométrie, leur morphologie et leur masse volumique ont été déterminées pour deux peintures murales. Les espèces gazeuses principales ont également été identifiées. L’aérosol généré est composé de particules nanométriques, très majoritaires en nombre, et de particules submicroniques. Elles possèdent des morphologies et des compositions chimiques bien distinctes : des agrégats carbonés et des particules sphériques de dioxyde de titane ont été identifiés. Les résultats ont permis de conclure que les agrégats nanométriques proviennent de la vaporisation du polymère de la peinture tandis que les particules submicroniques sphériques résultent de l’éjection mécanique des particules de dioxyde de titane. Le panache de matière résultant de l’interaction laser-peinture a été visualisé à différents stades de son expansion par trois techniques optiques : l’extinction, la diffusion et l’émission de la lumière. Les clichés obtenus mettent en évidence une onde de choc suivie d’une éjection de matière selon une forme particulière de « champignon ». Les mesures issues de ces résultats montrent que la partie périphérique du panache contient les particules primaires des agrégats carbonés ; il s’agit de la zone la plus chaude, atteignant quelques milliers de kelvins. Sa partie centrale est formée des particules sphériques de dioxyde de titane.

Laser ablation is one of the physical processes that are being considered for paint stripping in possibly contaminated areas, especially for decommissioning and dismantling of nuclear facilities. In this regard, the knowledge of “ablation products”, consisting of particles and gases, is an important issue.The numeric and weight concentration of particles, their size distribution, their morphology and their density have been determined for laser ablation of two wall paints. The main gas species have also been identified. The aerosol is composed of nanoparticles, of which the number is predominant, and submicronic particles. Their morphologies and their chemical composition are very distinct: carbon aggregates have been identified, as well as spherical particles of titanium dioxide. These results show that nanoscale aggregates come from the vaporization of the paint polymer, whereas submicronic particles are due to mechanical ejection of titanium dioxide particles. The expansion of the plume resulting from laser-paint interaction has been monitored by means of three optical techniques: light extinction, scattering and emission. The frames show the propagation of a shockwave followed by the ejection of matter with a specific “mushroom” shape. Measurements based on these results show that the peripheral part of the plume contains the primary particles of carbon…

Advisors/Committee Members: Hervé, Philippe (thesis director).

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Les plastiques sont des matériaux techniques nécessaires au fonctionnement des sociétés industrialisées. Cependant, au début des années 2000, des particules de plastique de l’ordre de la dizaine de microns sont observées dans des échantillons d’eau de mer. Ce sont des « microplastiques ». Leur présence dans la plupart des milieux a progressivement été mise en lumière au point d’en faire un marqueur de l’anthropocène. Par ailleurs, ces particules interagissent avec leur environnement et peuvent être vectrices d’additifs toxiques ou de micropolluants. Face aux risques que représentent ces particules, il est important de pouvoir évaluer leur dangerosité pour l’homme et les écosystèmes. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail de thèse sont (1) de déterminer les conditions d’extraction des microplastiques présents dans le sable les plus efficaces et les moins coûteuses et (2) de traduire en terme de toxicité les interactions entre micropolluants et plastiques vieillis dans le milieu marin. Pour cela, un prototype de système d’élutriation a été construit et un protocole adapté a été mis en place pour permettre d’extraire les microplastiques du sable. Afin de faciliter la détermination des vitesses de flux optimales pour permettre une élutriation efficace, un modèle numérique simple reposant sur des équations d’hydrodynamique a été développé. La confrontation des résultats théoriques et expérimentaux a ensuite permis de le valider. Ces résultats ont également permis de mettre en évidence que des ajustements du dimensionnement du système d’élutriation étaient nécessaires. En se basant sur différentes contraintes, par exemple sur le temps nécessaire pour réaliser l’élutriation ou encore sur la taille de la colonne, de nouvelles données de dimensionnement ont été acquises. Le vieillissement de 3 types de plastique (PVC, PET et PBAT) dans le port de Kernevel (Larmor- Plage) a été étudié en suivant l’évolution de l’état de surface et la toxicité de ces matériaux durant 502 jours d’immersion. Cette étude a montré des comportements très différents de ces trois plastiques au cours du temps. Ainsi, le PBAT vieillit plus vite que le PVC alors que le PET évolue peu. Le vieillissement du PVC s’accompagne d’une perte de ses composés à activité œstrogénique et d’une adsorption de métaux lourds. En milieu marin, en se dégradant la surface du PBAT forme des cavités dans lesquelles se piègent des argiles ; de plus en vieillissant ce matériau peut présenter une forte activité œstrogénique ponctuelle.

Plastics are technical materials necessary for industrialized societies. However, in the early 2000s, plastic particles of about ten microns were observed in seawater samples. These are called "microplastics". Their presence in most environments has been progressively highlighted making it an anthropocene marker. Moreover, these particles interact with environments and may carry toxic additives or micropollutants. However, scientific and technical barriers limit this accurate evaluation. In this context, the aims of this work are (1) to…

Advisors/Committee Members: Bruzaud, Stéphane (thesis director), Le Tilly, Véronique (thesis director).

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125 p. : ill. ; 30 cm

Face aux besoins de plus en plus importants en matériaux performants et à la nécessité d'une utilisation rationnelle et durable des ressources naturelles disponibles, l'industrie des matériaux composites notamment celle composite à base des fibres ,des panneaux de fibres et des panneaux de particules s'est particulièrement développée en utilisant comme matrice des résines thermodurcissables à base de formaldéhyde tels que l'urée formaldéhyde, le phénol formaldéhyde, la mélamine urée formaldéhyde, etc. Malheureusement, ces matériaux génèrent dans leur mise en œuvre et tout au long de leur vie du formaldéhyde qui est un produit volatil toxique. L'impérieuse nécessité de protection de la santé environnementale et la prévention de la toxicité avérée des émissions de formaldéhyde des liants conventionnels des panneaux de particules nous amène à diriger notre investigation vers le développement de nouveaux liants à faible rejet de formaldéhyde ou sans émission de formaldéhyde à travers la mise en œuvre de ressources naturelles. Ainsi la ressource bois, qui est la matière première de choix pour l'industrie des panneaux de fibres et de particules, se raréfie de plus en plus et se doit donc d'être préservée. Il s'agit d'un impératif de protection de l'environnement qui ouvre ainsi la voie à la valorisation de matières premières alternatives telles les ressources lignocellulosiques dont un exemple des plus significatifs est le palmier dattier . C'est ce dernier que nous avons choisi pour ce travail de thèse en tant que source de particules pour l'élaboration des panneaux de particules et des composites. C'est cette approche que nous avons choisie d'explorer dans ce travail de thèse en partant de l'hypothèse que l'on peut obtenir des panneaux de particules et des composites de résistance mécanique suffisante pour les utiliser comme matériaux à diverses fins en liant des particules de palmier dattier avec des biomolécules adhésives d'origine végétale ou bien avec des colles synthétiques. Le but de ces études est d'évaluer la possibilité d'élaborer des panneaux particules et des composites écologiques ayant de bonnes caractéristique

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Cette thèse a pour sujet le développement d’un compteur gamma pour l’imagerie moléculaire. L’objectif principal du projet est de développer, à faible coût, un appareil compact comme outil pour l’obtention d’une quantification robuste de l’image. Celui-ci a été conçu pour caractériser la courbe temps-activité des patients, à savoir la concentration d’un radio-marqueur dans le sang en temps réel. Le prototype construit comporte donc un détecteur de gammas, une pompe péristaltique et un système d’acquisition. Le compteur gamma a été conçu à partir d’un détecteur à semi-conducteur CdZnTe commercial de 6 cm³, 20 x 20 x 15mm³, comportant une anode segmentée en 121 pixels. Cette anode demande un grand nombre de voies d’électroniques ; aussi son instrumentation ne s’inscrit pas facilement dans un design compact et peu coûteux. Une technique innovante d’instrumentation a été développée pour remplir ces objectifs en se basant sur la technique de grille coplanaire. L’anode étant segmentée en 11 x 11 pixels, les pixels des colonnes paires ont été reliés ensemble ainsi que ceux des colonnes impaires afin de former deux peignes imbriqués. Ce nouveau design d’anode virtuelle, nommé grille virtuelle coplanaire, est instrumenté avec une électronique maison. Pour piloter ce détecteur et faire le traitement du signal, la technologie des circuits logiques programmables, FPGA, a été choisie. Elle offre une grande latitude de développement et est aussi utilisée pour contrôler les autres éléments du prototype. Ce détecteur CdZnTe, dans sa nouvelle configuration d’anode virtuelle, affiche une efficacité intrinsèque de 34% à 662 keV avec une grande stabilité d’efficacité de détection (déviation, non significative, inférieure à 0,05%) et une résolution en énergie de 8%. Le prototype construit sur cette base a permis de mesurer la courbe temps-activité d’un patient lors d’un examen TEP avec succès. La sensibilité du prototype a été évaluée à 7; 1 cps=(kBq=ml) avec une activité minimum détectable de 2; 5 kBq=ml pour le 18F. Les performances spectroscopiques du prototype et la grande plage d’énergie couverte ouvrent des perspectives d’utilisation en tomographie d’émission monophotonique. Celui-ci peut aussi être adapté pour des études pré-cliniques chez le petit animal en modifiant le système de prélèvement.

The subject of this thesis is the development of a gamma counter for molecular imaging. The main objective of the project is to develop a low cost device with a compact design with the purpose of producing a robust quantification of a SPECT/PET image. The tool is designed to characterize the time-activity curve of patients, specifically the concentration of a radio marker in the blood in real time. The prototype consists of a gamma detector, a peristaltic pump and an acquisition system. The gamma counter is designed from a commercial CdZnTe semiconductor detector. It is a cubic crystal of size 20 x 20 x 15mm3, containing an anode segmented in 121 pixels. This anode requires a large number of electronic readouts, thus its instrumentation…

Advisors/Committee Members: Després, Philippe.

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La flottation industrielle est un procédé continu qui se déroule souvent en plusieurs étapes et dans lequel des particules d'une espèce de minéral donnée (généralement celles d'intérêt), présentes en différentes tailles, rencontrent une grande quantité de bulles de gaz (normalement de l'air) pour produire des agrégats bulles-particules minérales, qui sont extraits du dispositif de flottation (colonne ou cellule) en tant que produit de valeur (concentré). Le contenu en bulles est décrit par les conditions hydrodynamiques régnant dans le réacteur de flottation. Celles-ci sont reconnues pour leur influence sur la performance de la flottation. Ce projet de recherche porte sur deux sujets majeurs. Le premier est l'analyse de l’impact des particules solides sur les variables hydrodynamiques et l’effet de ces variables hydrodynamiques sur la récupération d’eau au concentré. Pour ce faire, l'effet du solide sur la distribution de la taille des bulles et le taux de rétention de l’air, ainsi que la corrélation entre la distribution de taille des bulles et le taux de rétention de l’air dans une colonne de flottation ont été étudiés. L'effet du taux de rétention de l’air, de la dimension des bulles et du taux surfacique de bulles (Sb) sur la quantité d’eau extraite au concentré a ensuite été analysé. Le second sujet traite de l'utilisation des variables hydrodynamiques pour la modélisation de la cinétique du procédé de flottation selon distribution granulométrique des particules introduites. La surface inter-faciale de bulle (Ib) est introduite à cet égard comme une variable hydrodynamique fournissant plus d'informations sur la distribution de taille de bulle que le taux surfacique de bulles qui est plus couramment utilisé. De plus, la corrélation entre la constante cinétique, la taille des particules et certaines variables hydrodynamiques a été analysée en utilisant une projection de structures latentes (PSL). Les résultats indiquent que l'importance relative des variables hydrodynamiques pour la modélisation de la cinétique de flottation dépend de la distribution granulométrique des particules. Finalement, les variables hydrodynamiques suggérées pour chaque classe granulométrique considérée ont été utilisées pour produire des modèles de régression mono-variable de la constante cinétique.

Industrial flotation is a continuous and often multistage process, where particles of a given mineral species (usually the targeted one), present in different sizes, encounter a large amount of gas bubbles (normally air) to produce mineral–bubble aggregates, which are removed from the flotation device (cell or column) as a valuable product (concentrate). The bubble content inside the cell is characterized by the prevailing hydrodynamic conditions (known as gas dispersion variables), which in turn are known to influence the flotation performance. This research project deals with two major topics. The first one is identifying the effect of mineral particles on hydrodynamic variables, and the effects of hydrodynamic variables on the final…

Advisors/Committee Members: Del Villar, René, Bouchard, Jocelyn.

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Ce travail de thèse rentre dans le cadre de la problématique générale, en plein développement actuellement, concernant l’exploitation des nanotechnologies pour le développement d’écomatériaux, dont les propriétés sont significativement améliorées et élargies. A cause de leur surface spécifique particulièrement élevée, l’ajout d’une infime quantité (de l’ordre du % par rapport au ciment) de particules nanométriques à une formulation d’un matériau cimentaire peut entrainer des modifications significatives des propriétés du produit. Ces modifications peuvent intervenir à tout niveau de maturation du matériau en impactant les propriétés correspondantes : état frais (rhéologie), jeune âge (cinétique de prise, retrait, fissuration) et état durci (propriétés mécaniques, thermiques et durabilité).Le principal travail de cette thèse a consisté à étudier l’impact de nano particules isotropes (nano silice) et anisotropes (nano argile) sur la rhéologie des matériaux cimentaires à l’aide d’un nouveau protocole : la rhéologie oscillatoire aux grandes amplitudes. De plus, l’impact de celle-ci sur le processus d’hydratation des matériaux contenant de hauts dosages en laitier de haut fourneaux a aussi été étudié.

This PhD gets in the larger topic of the use of nano-technology to develop eco-friendly materials whose properties are improved. Due to their very high specific surface, a very low quantity (only a few percent) of nano particles into a cement-based material can induce significant changes of materials properties. These changes can take place at every ages of materials such as fresh state (rheology), young age (kinetic of hydration, shrinkage) or long term (mechanical, thermal properties and durability). During this PhD, different types of nano particles are considered: isotropic (nano silica) or anisotropic (nano clay). The main objective is to consider the impact of nano particles on rheological properties considering a new rheological protocol: large amplitude oscillation shear (LAOS). Besides, interaction between nano particles and hydration products in the case of cement based material containing high dosage of slag is also considered. This study will help to understand how nano particles change material properties at fresh state and young age. Indeed, it is at these ages that materials properties are lower when cement is replaced by other material.

Advisors/Committee Members: Chaouche, Mohend (thesis director).