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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux poreux – Absorption et adsorption'

Author: Grafiati

Published: 23 November 2024

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Surblé, Suzy Nathalie. "Synthèse et caractérisations physico-chimiques de matériaux hybrides poreux multifonctionnels." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2006. http://www.theses.fr/2006VERS0046.

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Abstract:

Les solides poreux sont connus comme étant une classe de matériaux stratégiques pour leurs potentielles applications dans des domaines tels que la catalyse, l’adsorption et / ou le stockage de gaz, les propriétés optiques. Le but de ce travail était de synthétiser de nouveaux matériaux poreux multifonctionnels. Le chapitre bibliographique retrace l’histoire des solides poreux depuis les zéolithes jusqu’à nos jours. Une description structurale brève de quelques solides hybrides à base de carboxylates est développée. Les chapitres suivants mentionnent deux types de solides illustrant parfaitement le concept de chimie d’échelle et montrent aussi l’apport de la simulation numérique lors de la résolution structurale. Les matériaux de type MIL88 sont des solides flexibles isoréticulaires. Ces matériaux respirent, par adsorption de liquides, avec une amplitude unique en son genre dans le domaine des solides poreux : entre 87% et 230%. Le phénomène est par ailleurs sélectif et réversible. Les solides hybrides à pores géants MIL100 et MIL101, dont les structures ont été déterminées à partir des données de diffractions des rayons X par les poudres combinées à la simulation numérique, ce qui est une première dans l’histoire de la résolution structurale. Ces solides sont uniques avec une hiérarchie de pores: des cages microporeuses et deux cages mésoporeuses parfaitement cristallisées. Leurs volumes de maille sont sans précédant (380000 Å3 et 700000 Å3) et des surfaces spécifiques records sont mesurées: 3100 m2. G-1 et 5900 m2. G-1. Les deux derniers chapitres rapportent d’une part la synthèse de nouveaux carboxylates de terres rares et d’autre part une étude spectroscopique des cations Eu3+ dans le but d’établir une corrélation entre la structure cristalline et les propriétés de luminescence
Synthesis and physico-chem Porous solids are known as being a strategie mate rials class for their potential applications in fields such a~ catalysis, gas separation, storage or optical properties. This work has aimed to synthesize new multifonctionnal porous materials. The first chapter recalls the history of porous solids from zeolithes to today. A short structural description of several hybrid solid with carboxylates has been developed. The following chapters mention two solids, iIIustrating clearly the concept of scale chemistry and they show the contribution of simulation in resolution of structures from X-ray powder data. Porous solids, ca lied MIL88, are flexible and isoreticular. The Amplitude of breathing is unique in the field of porous materials: between 87% and 230%. This amplitude is selective and reversible. Structural determination of hybrid solids with large pores size (MIL 100 and MIL 101) using X-ray powder data is a turning point i our history. These solids are unique with hierarchy of extra-large pore sizes: microporous cage and two mesoporous cages perfectly crystallized. They have a giant cells volumes (380000 A3 et 700000 A3) and a record surface area : 3100 m2. G-1 and 5900 m2. G-1. The two final sections bring up on the one hand, the synthesis of new carboxylate of rare earths and on the other hand a spectroscopie study of the Eu3+ cations in attempt of proposing a correlation between crystalline structure and optical properties. Ical characterization of multifonctionnal porous materials

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Gautier, Céline. "Biodégradation des hydrocarbures en milieu poreux insaturé." Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3037.

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Abstract:

L’évaluation de l’impact environnemental de coupes pétrolières complexes constitue un enjeu primordial. Pour ce faire, il est en effet nécessaire de disposer d'informations sur les évolutions à la fois cinétiques et compositionnelles de ces coupes hydrocarbonées dans l’environnement. Cette étude a eu pour objet d'étudier l’influence des principaux facteurs limitants "pressentis" sur la vitesse de dégradation d'un produit pétrolier en phase au sein d'un milieu poreux insaturé en eau, par des microflores issues de sols pollués par des hydrocarbures pétroliers. Une procédure expérimentale a été développée en utilisant des membranes céramiques microporeuses, permettant de contrôler la saturation/désaturation respective de l'eau et de l'huile dans le milieu poreux. Dans ces conditions trois phases eau/huile/air occupent le volume poral, avec, pour chacune de ces phases, une répartition homogène sur toute la hauteur de milieu poreux. On peut, dans une certaine limite, régler pour chaque phase, son pourcentage moyen d'occupation du volume poral. Cette procédure a été validée en étudiant la cinétique de dégradation de l'hexadécane apporté en faible quantité dans une phase HMN non biodégradable. La cinétique de dégradation a été suivie en respirométrie, permettant à la fois la mesure et la fourniture d'oxygène. Deux principaux facteurs physico-chimiques limitants "pressentis", c'est-à-dire la granulométrie, et la saturation à l'eau ont été évalués avec une phase hydrocarbure simulée, d'abord par de l'hexadécane en phase pure, puis par deux coupes pétrolières, un gazole et un gazole déaromatisé, également en phase pure. L'azote, introduit par le biais de la phase eau, a été utilisé pour régler la quantité de biomasse dans ce milieu poreux et a permis d'obtenir des informations sur les facteurs physico-chimiques qui étaient limitants et de les hiérarchiser en fonction des conditions de milieux poreux expérimentés. Des données chiffrées sur des potentialités de transferts d'oxygène et d'hydrocarbures, (hexadécane en particulier) dans ces milieux poreux insaturés ont pu être obtenues. Avec des coupes hydrocarbures complexes (gazole et gazole déaromatisé), la dégradation des composés récalcitrants et en particulier des composés saturés peu solubles intervient également comme facteur limitant
Biological processes are expected to play an important role in the degradation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils. However, factors influencing the kinetics of biodegradation are still not well known, especially in the unsaturated zone. To address these biodegradation questions in the unsaturated zone an innovative experimental set up based on a physical column model was developed. This experimental set up appeared to be an excellent tool for elaboration of a structured porous medium, with well defined porous network and adjusted water/oil saturations. Homogeneous repartition of both liquid phases (i. E. , aqueous and non aqueous) in the soil pores, which also contain air, was achieved using ceramic membranes placed at the bottom of the soil column. Reproducible interfaces (and connectivity) are developed between gas, and both non mobile water and NAPL phases, depending on the above-defined characteristics of the porous media and on the partial saturations of these three phases (NAPL, water and gas). A respirometric apparatus was coupled to the column. Such experimental set up have been validated with hexadecane in dilution in an HMN phase. This approach allowed detailed information concerning n-hexadecane biodegradation, in aerobic condition, through the profile of the oxygen consumption rate. We have taken benefit of this technique, varying experimental conditions, to determine the main parameters influencing the biodegradation kinetics and compositional evolution of hydrocarbons, under steady state unsaturated conditions and with respect to aerobic metabolism. Impacts of the nitrogen quantity and of three different grain sizes have been examined. Biodegradation of petroleum cut, as diesel cut and middle distillate without aromatic fraction, were also studied

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Knöfel, Christina. "Synthesis, characterisation and evaluation of porous materials for the adsorption of carbon dioxide." Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11005.

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Abstract:

In this work, mesoporous oxides, namely silica, titania and zirconia were synthesised using a triblock copolymer as structure directing agent. Further, the silica and the titania materials were functionalised with different aminosilane molecules. Characterisation of the prepared materials was carried out using various methods including nitrogen sorption, ATR infrared spectroscopy and X-ray diffraction. The materials were tested for their carbon dioxide adsorption properties using mainly microcalorimetry. In-situ infrared measurements and theoretical DFT calculations were carried out to help understand the microcalorimetric adsorption results in certain cases. With respect to the different carbon dioxide adsorption, it was highlighted that the functionalisation of amine sites on silica materials significantly improved the adsorption capacities. A comparison of the different oxides has shown that the adsorption properties mainly depend on the strength of the metal-oxygen bond within the oxides but also on the textural characteristics, such as porosity of the investigated materials
Dans ce travail, des oxydes mesoporeux, tels que silice, oxyde de titane et oxyde de zircone ont été synthétisés en utilisant un copolymère à triblock comme agent structurant. De plus, la silice et l’oxyde de titane ont été fonctionnalisés avec différentes molécules d'aminosilane. La caractérisation des matériaux préparés a été effectuée par diverses méthodes, telles que la sorption d'azote, la spectroscopie infrarouge (ATR) et la diffraction des rayons X. Les matériaux ont été examinés pour leurs propriétés d'adsorption du dioxyde de carbone utilisant principalement la microcalorimétrie. Dans certains cas, des mesures de spectroscopie IR in-situ et des calculs théoriques de DFT ont été effectués pour mieux comprendre les résultats obtenus par microcalorimétrie d’adsorption. En ce qui concerne les différentes propriétés d'adsorption nous avons mis en évidence que la functionalisation des emplacements d'amine sur les matériaux de silice a amélioré de manière significative les capacités d'adsorption. Une comparaison des différents oxydes a confirmé que les propriétés d'adsorption dépendent principalement de la force du lien du métal-oxygène dans les oxydes mais également des caractéristiques de texture, telles que la porosité

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Cosnier, Frédéric. "Contribution à l'étude de l'adsorption et de la désorption de composés organiques volatils chlorés sur charbons actifs." Nancy 1, 2004. http://www.theses.fr/2004NAN10156.

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Abstract:

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de l'adsorption et de la désorption de l'eau et de composés organiques volatils (COVs) chlorés en mode statique (isothermes d'adsorption) et en mode dynamique (courbes de percée) sur des charbons actifs (CAs) de diverses natures (CAs granulaires et fibres de carbone activées). Le but visé est la séparation des constituants d'un mélange de COVs chlorés sur lit fixe de CA en présence ou non de vapeur d'eau. Nous avons montré que la texture poreuse et la chimie de surface des matériaux ainsi que les caractéristiques physico-chimique des sondes ont un rôle prépondérant sur leurs mécanismes et leurs cinétiques d'adsorption (ou de désorption). Une attention particulière a été portée sur l'influence de la présence d'humidité : aux forts taux d'humidité relative, les propriétés d'adsorption (capacité et cinétique) des CAs vis à vis des COVs sont considérablement affectées. La séparation du couple dichlorométhane/trichloroéthylène est très satisfaisante quelles soient les conditions expérimentales. Enfin, une étude exploratoire sur les possibilités d'hydrophobisation des CAs par greffage de groupements apolaires en phase liquide a été entreprise pour limiter les effets de la présence d'eau
Adsorption and desorption of water and chlorinated volatile organic compounds (VOCs) in static (adsorption isotherms) and dynamic conditions (breakthrough curves) have been performed on different activated carbons (ACs) (granulated ACs and activated carbons fibers) with different textural characteristics and surface chemistry. The main objective of this study is to separate the different component of a chlorinated VOCs mixture in the presence or not of water vapor. It appears that both porous texture and surface chemistry of ACs as physicochemical characteristics of the probes have a strong influence on their adsorption (or desorption) process (mechanism and kinetics). A special attention has been drawn on the influence of the water presence: at high relative humidity rate, ACs adsorption properties (adsorbed amount and kinetics) for chlorinated VOCs are strongly affected. Separation of the dichloromethane/trichloroethylene mixture has been successfully realized whatever the experimental conditions. Last, an exploratory study on the AC hydrophobisation possibilities by the graphting of non-polar groups in liquid phase has been undertaken in order to limit the water presence effects

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Guillerm, Vincent. "Synthèse, fonctionnalisation et propriétés d'adsorption de nouveaux solides hybrides poreux." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2011. http://www.theses.fr/2011VERS0001.

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Abstract:

Les solides poreux hybrides poreux de type MOFs sont intensivement étudiés, et suscitent un intérêt important, de par leur caractère multifonctionnel, et leurs applications potentielles dans de nombreux domaines, tels que la catalyse, l’adsorption/stockage/séparation de gaz, les propriétés optiques, le transport de médicaments, etc. Le chapitre bibliographique s’intéressera aux principaux concepts relatifs aux solides hybrides de type Metal-Organic Frameworks (MOFs), avec un intérêt particulier pour les solides à base de métaux tétravalents (zirconium, titane), mais aussi les solides à base d’acide polycarboxyliques, leur fonctionnalisation et leurs propriétés d’adsorption en général. La seconde partie exposera les résultats de l’étude menée sur une série de solides dits « flexibles », et fonctionnalisés à l’aide de groupements chimiques de polarités variables, les MIL-53(Cr) modifiés. Cette étude s’étend de la synthèse jusqu’aux propriétés d’adsorption de CO2 et de CH4. Le chapitre suivant s’intéressera à des métaux à ce jour très peu utilisés dans le domaine des MOFs, le zirconium et le titane. Dans la continuité du chapitre précédent, une série de solides de type UiO-66 fonctionnalisés est étudiée, mais également des solides analogues étendus, ainsi qu’une famille de solides isoréticulaires inédits, les MIL-140. Un intérêt particulier est ici porté à la comparaison des stabilités mécaniques et hydrothermales de ces deux séries isoréticulaires, facteur important pour de nombreuses applications industrielles, ainsi qu’à la comparaison des propriétés d’adsorption (N2, CH4, CO2, H2S) du MIL-125(Ti) et de son homologue porteur d'une fonction amine. Enfin, au cours de cette thèse, des MOFs, connus ou nouveaux, ont été préparés à grande échelle pour être ensuite étudiés via des collaborations avec différents partenaires. Ce chapitre rassemblera, sous forme de publications, quelques uns des résultats obtenus par ces collaborateurs
Porous hybrid solids are intensively studied, and are of a growing interest, due to their polyfunctionality, for several field for their potential applications in catalysis, adsorption/storage/separation, optical properties, drug release, etc. The bibliographic part of this thesis summarizes the main concepts related to Metal-Organic Frameworks (MOFs), with a particular interest in tetravalent metal chemistry (zirconium, titanium) and polycarboxylate based MOFs, as well as their functionalization and their sorption properties. The second part deals with the study of a series of functionalized « flexible » MOFs (belonging to the MIL-53(Cr) structure type), using organic groups exhibiting different polarities. This study goes from the synthesis to the gas sorption properties (CO2, CH4). The next chapter is looking toward MOFs synthesis using zirconium and titanium, which were up to now scarcely used in the field of MOFs. In the same way than previously, a large series of functionalized UiO-66 solids were studied, as well as few extended analogues, as well as an unprecedented isoreticular series of zirconium carboxylates, labeled MIL-140. A particular interest is here given to the comparison of these two series, both in term of hydrothermal and mechanical stabilities, which are of outmost importance for most of the industrial applications, but also in term of gas sorption properties (N2, CO2, CH4, H2S). Finally, several large scale syntheses of known or new MOFs have been performed, so that these compounds could be provided to few collaborators. Their published results have been inserted in this chapter

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Kargol, Marta. "Élaboration de matériaux aluminosilicates monolithiques multifonctionnels et détermination de leurs propriétés superficielles dans le contexte d'une application en séparation de mélanges d'hydrocarbure." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20206.

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Abstract:

Les aluminosilicates fonctionnalisés par insertion d'ions Ag(I), Cu(I) et Cu(II) présentent des propriétés superficielles, qui permettent d'envisager leur utilisation comme absorbants sélectifs dans la séparation des mélanges d'hydrocarbures. L'objectif principal de cette thèse a été la mise en place de protocoles aboutissant à des objets monolithiques de tailles et de formes variées, ainsi que de films de matériaux mésoporeux. L'insertion d'ions métalliques a été accomplie par échange ionique, imprégnation, ou par une incorporation directe en cours de synthèse. Six séries de matériaux (Si : A1=20, 2

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Benoit, Virginie. "Relation entre structure et texture de matériaux poreux et l'évaluation de leurs propriétés de piégeage du CO2." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0635/document.

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Abstract:

Les Membranes à Matrices Mixtes (MMM’s) sont des matériaux prometteurs pour la capture de CO2 en comparaison aux technologies actuelles telles que l’absorption par solvants aminés (monoéthanolamine). Les ‘Metal-Organic Frameworks’ (MOFs) sont des matériaux poreux cristallins envisagés pour être intégrés sous forme de nanoparticules aux polymères des MMM’s. Ils résultent de la combinaison de nœuds métalliques et de ligands organiques pour former des structures tridimensionnelle (3D) organisées. Ils possèdent divers avantages : des aires spécifiques et des volumes poreux élevés, des tailles de pores contrôlables, et pour certains une stabilité à l’eau. Les MOFs ont une chimie adaptable aux applications souhaitées contrairement aux adsorbants classiques tels que les charbons actifs, les zéolithes.D’une part, ce travail a eu pour objectif l’évaluation des performances de séparation du CO2 par des MOFs microporeux en vue des séparations CO2/N2 et CO2/CH4. Les interactions ‘gaz-adsorbant’ sont favorisées au sein des MOFs par : (1) une réduction de la taille de pores et du volume poreux pouvant engendrer des effets de confinements, de tamis moléculaire ou (2) par la présence de groupements de surface. En conséquence, ces paramètres peuvent contribuer à l’amélioration de la sélectivité du CO2 et ont été étudiés pour divers systèmes de MOFs microporeux. D’autre part, les paramètres texturaux (aire spécifique, volume poreux) et thermodynamiques (enthalpies d’adsorption) ont été corrélés aux quantités maximales de CO2 adsorbées au travers d’une approche quantitative de relation de structure-propriété pour établir des tendances linéaires
Mixte Matrix Membranes (MMM’s) are promising materials for CO2 capture compared to current technologies as absorption using amines solvents (monoéthanolamine). Metal-Organic Frameworks (MOFs) are crystalline porous materials which can be integrate under nanoparticles shape to polymer phase of MMM’s. They are built from metal nods and organic ligand to yield well-defined tridimensional structure (3D). They possess various advantages: high specific surface area and pore volume, tunable pore size and some of them are stable in presence of water. MOFs have a sustainable chemistry to targeted applications unlike traditional adsorbents as activated carbons, zeolites.On the one hand, this work aimed the assessment of CO2 separation performances of microporous MOFs for CO2/N2 and CO2/CH4 gas separations. The ‘gas-adsorbent’ interactions are favored in MOFs by: (1) a decrease of pore size, pore volume which can involve confinement effects, molecular sieve effects or (2) the presence of surface groups. Therefore, these factors can contribute to the CO2 selectivity improvement and have been studied for various microporous MOFs. On the other hand, textural (specific surface area, pore volume) and thermodynamic (adsorption enthalpy) parameters have been correlated to CO2 maximum excess uptakes through a quantitative structure-property approach to establish some linear trends

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Calas, Sylvie. "Surface et porosité dans les aérogels de silice : étude strcuturale et texturale." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20178.

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Abstract:

Les aerogels de silice sont des materiaux tres poreux mais de faible permeabilite et developpant une surface specifique tres importante. Ces trois caracteristiques peuvent etre controlees par un traitement de densification. Cette densification peut se faire soit par traitement thermique (frittage), soit par compression isostatique. L'evolution, au cours de la densification, de la surface specifique et de la porosite des aerogels de silice est analysee par trois techniques experimentales. La spectroscopie de transmission infrarouge et proche infrarouge permet de suivre la deshydratation progressive des materiaux puis la liaison des groupements oh a la surface des pores, favorisant la densification. La diffusion de l'argon dans les aerogels de densite superieure a 0,3 est de type knudsen. Celle du co#2 qui interagit de facon plus importante avec la surface, permet de mettre en evidence un flux supplementaire de surface. L'evolution de ces deux types de flux est liee a celle de la surface volumique. L'adsorption/desorption d'azote conduit a l'obtention des surfaces specifiques, volumes poreux et distributions poreuses. L'influence, sur ces parametres, des conditions de synthese et des traitements subis par le materiau est analysee. Le frittage entraine l'augmentation de la taille des particules. Il conduit a une diminution de la surface specifique. La permeabilite diminue et la distribution poreuse se decale vers les tailles de pores plus faibles. La compression, au contraire, entraine des modifications a une echelle plus importante : celle des agregats. Dans ce cas, la surface specifique demeure constante jusqu'a une densite de 0,9. La diminution de la permeabilite et le decalage de la distribution poreuse apparaissent egalement lors de la compression. Cependant, les plus gros pores etant les premiers affectes, ces evolutions sont plus rapides que dans le cas du frittage.

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Moret, Stéphanie. "Etude thermodynamique de la co-adsorption de N2, Ar et CH4 à 40° C, jusqu'à 15 bar par des matériaux poreux." Aix-Marseille 1, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX11044.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude thermodynamique de la co-adsorption des gaz, à partir de mélanges gazeux binaires, dans des conditions aujourd'hui considérées comme intéressantes pour la séparation des gaz. Nous avons construit un appareil de mesure, couplant la gravimétrie, la densimétrie et la manométrie d'adsorption, destiné à étudier la co-adsorption de mélanges gazeux, de 2 à 5 constituants, à différentes températures pour des pressions allant jusqu'à 50 bar. La validation de l'appareil a été effectuée pour l'adsorption de gaz purs pour lesquels des données expérimentales fiables avaient pu être obtenues, dans le même domaine de pression au Centre de Recherche Claude Delorme (Air Liquide). En utilisant seulement la gravimétrie d'adsorption, nous avons étudié l'adsorption d'Ar, de N2 de CH4 et de CO2 à trois températures et jusqu'à 50 bar par trois zéolithes et un charbon microporeux. Le calcul de l'enthalpie dérivée d'adsorption pour les systèmes précédents (par mesure isostérique), nous a permis d'examiner la corrélation intéressante entre l'enthalpie dérivée d'adsorption à taux de recouvrement nul et le rapport q/r de la charge du cation de compensation sur son rayon atomique. Puis en couplant la manométrie, la gravimétrie et la densimétrie d'adsorption, nous avons abordé l'étude de l'adsorption de mélanges gazeux binaires Ar/N2 et N2/CH4, à trois compositions différentes du mélange gazeux initial (25/75, 50/50, 75/25), à 40° C jusqu'à 15 bar. Les résultats de la co-adsorption ont mis en évidence les rôles prépondérants du moment quadrupolaire du diazote et de la polarisabilité des molécules adsorbées de l'adsorption préférentielle et donc dans la sélectivité. Nous avons enfin abordé les possibilités de prédiction de la co-adsorption de ces mélanges binaires, en appliquant les modèles IAST et HIAST.

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Hébrard-Labit, Céline. "Influence du compartiment bactérien sur le transfert du zinc en milieu poreux non saturé : expériences et modélisation." Lyon, INSA, 1998. http://www.theses.fr/1998ISAL0119.

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Abstract:

Les nombreux modèles de transfert de polluants dont dispose la communauté scientifique sont essentiellement hydrauliques et/ou physico-chimiques. Bien qu'elles puissent affecter directement les propriétés de transport des métaux, polluants non organiques, les interactions micro-organismes / métaux, ne sont que très rarement associées à l'hydraulique et la chimie du transfert en milieu poreux. Ce travail concerne l'influence des mécanismes d'interaction bactérie/métal sur le devenir du zinc en milieu sableux non saturé. Nous avons étudié, en fonction du pH (4 à 7) et de la concentration en zinc (2 à 20 mg Zn/l), l'int1uence d'une souche bactérienne, Pseudomonas putida, sur le transfert du métal. Des expériences en réacteurs fermés et en colonnes, avec et sans bio-film, ont montré une rétention plus importante du zinc en présence de cellules. L'influence de la microflore, significative dans les conditions testées, augmente avec la densité de cellules et le pH, pour être maximale à pH 6. La rétention par les bactéries est linéaire en milieu acide, et de type Freundlich à pH 7. Le zinc est retenu à pH 4 et 5 de façon réversible, tandis qu'apparaissent, à pH 6 et 7, des processus physico-chimiques irréversibles (précipitation) dont l'influence prédomine à pH neutre sur la biosorption. Un ajustement satisfaisant des courbes d'élution du métal a été obtenu, en milieu stérile comme en milieu colonisé, par l'utilisation d'un modèle de transfert distinguant deux fractions d'eau (mobile et immobile) et considérant une rétention linéaire selon une cinétique du premier ordre ainsi qu'un terme de consommation
Most of the numerous models developed in the recent years to simulate the fate of chemicals in porous media only rely on hydrodynamic and physico-chemical processes. Although biological mechanisms have been clearly identified to modify metallic ions transport properties, microorganism / metal interactions have hardly ever been related to transfer hydraulics and chemistry. The aim of the present work was to assess the influence bacteria/metal interaction mechanisms can have on metal fate in unsaturated medium. We have investigated the role of a bacterium strain, Pseudomonas putida, in zinc transfer through a non saturated sandy medium, as a function of pH (4 to 7) and metal concentration (2 to 20 mg Zn/L). Our experimental approach was based on batch and column experiments, both with and without biofilm. Zinc retention has been found to be more important in the presence of bacteria cells. Microflora influence, clearly identified in the tested conditions, increased with cell number and pH, to reach a maximum at pH 6. Under acidic conditions, the retention was subject to a linear isotherm whereas at pH 7 a good agreement was found with a Freundlich type equation. Zinc is retained at pH 4 and 5 by reversible processes while irreversible physico-chemical retention mechanisms (precipitation) seemed to be involved at pH 6 and 7, and to predominate on biosorption at neutrality. In sterile medium as well as in colonized one, cation transport was correctly described by coupling a two-region model (mobile/immobile) with a first order kinetic linear retention and a consumption term

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Barthelet, Karin Marika. "Synthèse et caractérisation de matériaux hybrides poreux à base d'éléments de transition pour la séparation des gaz de l'air." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2002. http://www.theses.fr/2002VERS017V.

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Abstract:

Partie intégrante d'un projet sur la recherche de nouveaux matériaux pour la production ou la séparation des gaz, cette étude poursuit un double objectif : modifier des composés connus afin de les rendre exploitables industriellement et synthétiser de nouveaux solides possédant conjointement une structure poreuse stable thermiquement et des cations alcalins extra-charpente. Ces conditions constituent le cahier des charges à respecter. Depuis les źéolithes, premiers types de solides adaptés à la séparation des gaz, les recherches se sont diversifiées dans le but d'accéder à des composés de topologies et de composition variées avec des performances accrues. Elles ont ainsi conduit à l'émergence de nouvelles familles de matériaux à charpente inorganiques puis hybride. Le chapitre bibliographique retrace cette évolution en faisant apparaître les avantages et les inconvénients de chaque catégorie et termine par quelques exemples d'applications industrielles. Le second chapitre est consacré aux résultats des expériences d'échange ionique sur des composés connus pour les rendre exploitables en séparation des gaz. Selon le solide (deux phosphates, l'un de nickel et l'autre de vanadium, et un diphosphonate de vanadium), le taux de réussite est variable. Dand deux cas sut trois, l'échange est possible. Néanmoins, il ne permet de libérer de la porosité que pour l'un des solides, celle-ci étant encore trop faible pour l'application envisagée. Les travaux concernant le second axe de recherche sont décrits dans les deux chapitres suivants. Ils se limitent aux solides à charpente hybride à base de métaux de transition qui offrent simultanément la possibilité d'éviter la présence de templates organiques difficiles à éliminer et celle de moduler la taille des pores. Avec les acides diphosphoniques, l'objectif premier est de préparer des comosés bimétalliques poreux dans l'espoir de combiner porosité et propriétés magnétiques intéressantes. Plusieurs phases monométalliques peuvent se former comme celles au zinc qui, de par leurs charpentes zéotypiques, sont les plus attractives. Avec les acides carboxyliques, les structures sont très souvent tridimensionnelles et potentiellement poreuses. Cependant, l'absence de cations alcalins rend ces composés inefficaces pour la séparation N2/O2
This sutdy is part of a project on the research of new materials for gas production or air separation, and pursues a double aim : modify know compounds in order to make them efficient for industrial applications and synthesize new solids which would possess a stable porous framework containing extra-framework cations. Such properties will limit the range of our study. Since the discovery of zeolites, first kind of adapted solids for gas separation, research efforts have been diversified in order to obtain compounds with new topologies and various compositions having better performances. They resulted in the emergence of new families of materials built up from inorganic and later hybrid frameworks. The bibliographic chapter describes thiss evolution, points out the advantages and drawbacks of each category and finishes by few examples of industrials applications. The second chapter is devoted to the results of ionic exchange on known compounds the purpose of which is to get useful solids. The success of theses experiments depends on the nature of the starting material (two phosphates, one based on nickel and one on vanadium, and one vanadium diphosphonate). For two of them, cationic exchange is possible. Nevertheless, accessible porosity is reached only in one case and even then, the specific surface remains insufficient for the application of interest. Works concerning the second axe of research are described in the two following chapters. They are limited to hybrid compounds based on transition metals, that simultaneously allow to avoid the presence of organic templates which are difficult to eliminate, and to modulate the pore size. With diphosphonic acids, the principal purpose is to prepare bimetallic porous compounds combining porosity and interesting magnetic properties. Several monometallic phases could also appear such as those based on zinc which are the more attractive ones because of their zeotypic framework. With carboxylic acids, structures are often three-dimensional and potenttially porous However, the lack of extra-framework alkaline cations makes these solids inefficient in air separation

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Cadalen, Sébastien. "Transport d'un polluant dans des sables argileux : écoulement réactif en milieu poreux saturé ou non-saturé en eau." Toulouse, INPT, 2008. http://www.theses.fr/2008INPT050H.

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Abstract:

Dans le cadre de la maîtrise des risques associée au stockage et à l'entreposage des déchets nucléaires, le Commissariat à l'Énergie Atomique a un rôle d'expertise et conduit, dans ce sens, des recherches sur le devenir des polluants pour divers scénarios de contamination des sols et sous-sols. Dans cette thèse, on se focalise sur un matériau homogène constitué de sable de Fontainebleau inerte et de granules de glauconies (illite) présentant des propriétés de sorption. Ce milieu complexe présente différentes échelles d'observation. Sa conceptualisation en terme d'agencement géométrique et de lois agissant aux différentes échelles nous a permis d'établir un modèle macroscopique à l'échelle de Darcy. Les deux axes de recherche poursuivis sont l'impact de la réaction de sorption sur le transport du polluant et la dispersion en milieu non-saturé
In the context of nuclear risk control associated to nuclear waste storage, the french nuclear agency plays an increasing role in terms of research and development in the area of subsurface contamination. This study focuses on an homogeneous porous media constituted of Fontainebleau sand and clay grains (illite) presenting sorption capacities. The modeling of the complex geometry and physical phenomena at different scales enables us to describe the average transport at Darcy's scale. The two main axes developped are the impact of an heterogeneous sorption on transport phenomena and the dispersivity of an unsaturated porous media

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Herry, Cédric. "Relations structures et propriétés d'adsorption des charbons actifs." Limoges, 1999. http://www.theses.fr/1999LIMO0015.

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Abstract:

Les charbons actifs (ca) sont des materiaux adsorbants utilises pour l'elimination des pesticides dans les eaux. Leur porosite et leur chimie de surface sont a l'origine d'un fort pouvoir adsorbant. Cependant, l'etude des mecanismes d'adsorption a leur surface est compliquee par leur organisation poreuse. Ce travail a pour objectif, de determiner dans le cas de l'adsorption de composes organiques sur charbons actifs, les roles respectifs de la chimie de surface et de la porosite du materiau. Les charbons actifs sont caracterises par des methodes indirectes, la chromatographie inverse en phase gazeuse (cig) et la montee capillaire. Ces techniques analytiques permettent de determiner des parametres thermodynamiques caracteristiques de la surface et du reseau poreux du materiau (energie libre d'adsorption, composantes d'energie de surface). La comparaison des resultats obtenus, et leur confrontation avec des methodes de caracterisations plus classiques (zetametrie, titration de surface, tests d'adsorption) permet d'observer que pour les charbons actifs commerciaux, les facteurs steriques sont determinants de l'affinite de l'adsorbant pour une molecule donnee. L'etude de l'adsorption d'alcanes, d'alcenes et d'alcools en cig montre que les mecanismes dus a de l'adsorption non specifique sont les plus importants, et qu'ils sont considerablement favorises par le chevauchement des forces d'interaction dans les micropores. L'etude en montee capillaire a conforte ces resultats, et a permis de recalculer un rayon de pore utile a l'adsorption des alcools. La confrontation finale de ces resultats avec l'adsorption du phenol en milieu aqueux montre que dans ce cas les mecanismes mis en jeu sont plus complexes. Les resultats permettent d'etablir que l'heterogeneite de surface des ca conduit a une decroissance des energies d'adsorption en fonction du taux de couvrement de la surface par l'adsorbat.

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Devillers, Philippe. "Couplages thermohydromécaniques en milieux poreux : application à la consolidation d'un sol non saturé." Montpellier 2, 1998. http://www.theses.fr/1998MON20069.

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Abstract:

L'etude presentee dans ce memoire est une contribution a l'analyse des couplages thermohydromecaniques en milieux poreux non satures. On se propose de faire le lien entre des acquis experimentaux confirmes et un cadre theorique general offrant une plus grande ouverture sur les applications. La partie i est consacree a la modelisation des transferts de matiere et d'energie dans un milieu triphasique deformable considere comme la superposition de quatre milieux continus en interaction, le squelette solide qui se deforme, l'eau liquide, la vapeur d'eau, et l'air suppose regrouper tous les autres gaz. L'ecriture de l'inegalite de clausius-duhem permet d'obtenir les lois de conduction de la chaleur, de l'eau liquide, de la phase gazeuse, la loi de fick et la loi de changement de phase. La partie ii est consacree a la clarification d'une loi de comportement thermohydromecanique pour les sols non satures en conditions oedometriques. A travers une etude essentiellement experimentale, on verifie tout d'abord la validite de cette loi dans le cas d'un chargement mecanique, hydraulique ou thermique. Ensuite, on met en evidence l'influence du chemin de chargement thermomecanique dans la consolidation des sols non satures. Les conclusions de cette etude nous amenent a proposer une nouvelle formulation de cette loi de comportement. La partie iii a pour objectif d'inscrire la partie elastique de cette loi de comportement dans un cadre thermodynamique afin de mettre en evidence les couplages entre phenomenes. La confrontation des approches theorique et experimentale a la fois en terme d'equations d'etat, et par l'intermediaire de relations explicites entre les coefficients respectifs, nous permet d'identifier, a differentes temperatures, le coefficient de biot b#e et de proposer une relation liant les variations de l'indice des vides et de la teneur en eau dans la consolidation mecanique sur un sol non sature.

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Tevissen, Etienne. "Méthodologie d'étude et modélisation du transport de solutes en milieux poreux naturels : application à la migration du chrome dans la nappe alluviale du Drac (Isère)." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL089N.

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Abstract:

On présente une méthodologie d'étude du transport de solutés interactifs en milieu poreux naturel, basée sur l'expérimentation et la modélisation. La modélisation s'effectue grâce à un code de calcul couplant hydrodynamique et géochimie, des améliorations y sont apportées avec la prise en compte de corrections d'activité et surtout, avec la simulation d'effets cinétiques chimiques ou diffusionnels. La méthodologie proposée a été appliquée au cas de migration du chrome dans la nappe alluviale du Drac (Isère). L'étude du site expérimental associée à la connaissance générale de la chimie du chrome, a permis de définir et de cadrer les expériences à mener au laboratoire pour caractériser les interactions du chrome avec les alluvions. Ces expériences ont montré que c'est un phénomène d'adsorption qui impose la répartition du chrome hexavalent entre phases mobile et immobile. Ce phénomène a ensuite été décrit à l'équilibre thermodynamique par deux modèles, le premier utilise un phénomène élémentaire de type échange anionique entre chromate et bicarbonate, le second est résumé à une loi de Langmuir. Les courbes expérimentales ont été simulées en considérant ces deux modèles avec des limitations cinétiques. Les expériences de traçage sur le site ont montre que le chrome hexavalent y a un comportement equivalent a un traceur d'eau. Ce résultat souligne que certains paramètres capacitifs des interactions ne peuvent être déterminés au laboratoire et doivent faire l'objet de mesures in-situ

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Debost, Maxime. "Synthèse et étude structurale de nanozeolites à petits micropores pour la capture du CO2." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMC232.

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Abstract:

L’objectif de ce travail consiste à préparer des zéolithes à petits micropores en utilisant une voie de synthèse « verte ». Pour cela, il a été choisi de synthétiser directement des nanocristaux de zéolithe CHA et RHO sans agent organique structurant, avec un rapport Si/Al le plus adéquat pour la séparation du CO2 du CH4. La réduction de la taille des cristaux leur confère une meilleure stabilité et augmente la surface d’échange entre le matériau et les gaz. La première partie concerne l’élaboration d’une nouvelle voie de synthèse. Des nanocristaux compris entre 30 et 200 nm avec un rapport Si/Al variant de 1,4 à 2,6 ont été obtenus. Dans la seconde partie, l’analyse cristallographique des zéolithes RHO et CHA sous les formes hydratées et déshydratées est présentée. Des méthodes d’analyses utilisant la diffraction par précession des électrons en mode tomographie (PEDT) et in-situ DRX sur poudre ont été utilisées pour caractériser les zéolithes CHA et RHO après l’adsorption du CO2. Les nanozéolithes de CHA et RHO ont ensuite démontrées leur efficacité pour l’adsorption sélective de CO2 du CH4
The goal of this work is to prepare template-free small pore nanosized zeolites. The direct synthesis of nanosized CHA and RHO type zeolites without organic structure directing agents provided materials with a Si/Al ratio suitable for the separation of CO2 from CH4. The first part of this study concerns the development of a new synthetic route towards preparation of small pore nanozeolites from water clear precursor suspensions. The nanocrystals have a diameter of 30 - 200 nm and a Si/Al ratio of 1.4 to 2.6. The second part is dedicated on the crystallographic analysis of the RHO and CHA nanosized zeolites in hydrated and dehydrated forms. Precession electron diffraction tomography (PEDT) and in-situ powder XRD methods were used to characterize the structure of the newly synthesized materials with nanosized dimensions. The third part of the thesis includes the adsorption studies of CO2 and CH4 in the CHA and RHO nanosized zeolites. The high selectivity of the zeolite nanocrystals synthesized with different cations (Cs, Na, K) towards CO2 in the presence of CH4 is demonstrated

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Leclerc, Hervé. "Caractérisation par spectroscopie infrarouge de solides organiques inorganiques de type MOF (Metal Organic Framework) : Thèse soutenue sur un ensemble de travaux." Caen, 2011. http://www.theses.fr/2011CAEN2017.

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Abstract:

Ce travail rapporte la caractérisation par spectroscopie infrarouge in situ d’une famille iso-structurale de quatre solides poreux organiques-inorganiques de type MOF (MOF : Metal Organic Framework) dénommés MIL-100(X) (MIL pour Matériaux de l’Institut Lavoisier) avec X= Al3+, Fe3+, Al3+ et V3+. Les caractérisations des centres métalliques et des propriétés acido-basiques ont été réalisées pour différentes températures d’activation des matériaux par ajouts ou non de molécules sondes telles que CO, CO2, CD3CN, pyridine et propyne. La première partie, portant sur l’étude du MIL-100(Cr), révèle l’absence de sites basiques de force notable, mais la présence de centres acides de Lewis Cr3+ localisés sur les trimères. L’adsorption d’eau ou d’alcools transforme ces sites en sites acides Bronsted dont la force dépend de la nature de l’adsorbat et du complexe formé. La deuxième partie est consacrée à l’étude du MIL-100(Fe). Elle révèle d’abord l’existence de sites Fe3+ susceptibles de se réduire en sites Fe2+ par chauffage sous vide, puis démontre l’existence d’un phénomène de rétrodonation qui accroit les interactions entre les sites Fe2+ insaturés et des molécules telles que le CO, le propène et le propyne. L’étude spectroscopique du MIL-100(Al), présentée en troisième partie, rapporte pour la première fois une caractérisation fine de sites Al3+ insaturés en conformation pentaédrique et présents en grande quantité dans un environnement cristallographique bien défini. Le dernier chapitre présente une caractérisation du MIL-100(V) pour différentes température d’activation : nature des espèces extra réseaux et des centres métalliques insaturés
This study reports the characterization by in situ infrared spectroscopy of an isostructural family of four porous MOFs (MOF: Metal Organic Framework) denoted MIL-100(X) (MIL: Material from the Institute Lavoisier) with X: Al3+, Fe3+, Al3+ and V3+. The characterizations of the metallic centers and acido-basic properties have been performed at different temperature of activation by adsorption or not of probe molecules such as CO, CO2, CD3CN, pyridine and propyne. The first part devoted to the MIL-100(Cr), reveals the lack of any significant basic sites but the occurrence of Cr3+ Lewis acid sites located on the trimers. Adsorption of water or alcohols transforms the Lewis sites into Bronsted acid sites whose strength depends on the nature of the adsorbate and of the complex formed. The second part is dedicated to the study of the MIL-100(Fe) material. It reveals first the presence of Fe3+ sites able to be reduced into Fe2+ sites by thermal treatment under vacuum and secondly demonstrates the occurrence of a pi-back donation effect which increases the interactions between Fe2+ unsaturated sites and molecules such as CO, propene and propyne. The spectroscopic study of MIL-100(Al) presented in the third part reports for the first time a precise characterization of unsaturated pentahedral Al3+ sites present in a large amount and in a well defined crystallographic environment. The last chapter presents the characterization of MIL-100(V) activated at different temperatures: nature of the extra framework species and of unsaturated metallic sites

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Jabbari-Hichri, Amira. "Stockage thermochimique de la chaleur : étude de la sorption d’eau par différents matériaux." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10300.

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Abstract:

Le défi énergétique imposé par l’épuisement des énergies fossiles d’une part et par leur consommation croissante d’autre part, a favorisé l’apparition d’une gestion optimale de l’énergie basée sur l’utilisation de ressources propres et renouvelables telles que l’énergie solaire. Le secteur du bâtiment est le principal consommateur d’énergie. Une grande partie de cette énergie est consommée par les systèmes de chauffage. Par conséquent, une bonne gestion peut être réalisée grâce à l’utilisation des technologies de stockage thermochimique d’énergie. L’avantage principal d’utiliser ce type de système est la possibilité de stocker de la chaleur pendant la période de disponibilité maximale du rayonnement solaire, en été (étape de déshydratation) et la libérer pour chauffer une maison pendant la période hivernale (étape d’hydratation). L’amélioration des propriétés d’adsorption des matériaux pour le stockage thermochimique de la chaleur est l’objectif principal de ce travail. L’utilisation d’adsorbants poreux tels que les zéolithes dans le domaine du stockage saisonnier de la chaleur s’avère être une solution intéressante pour la réduction de la consommation d’énergie. Par ailleurs, le développement de nouveaux matériaux composites à base d’hydrate de sel a été étudié pour améliorer les capacités de stockage à la fois des matrices mésoporeuses et des hydrates salins. Une comparaison entre les différentes séries de matériaux de stockage thermochimiques sélectionnés et synthétisés a été réalisée, concernant l’impact de la nature et de la quantité de sel ajouté et des propriétés physicochimiques des matériaux poreux sur leurs densités de stockage de chaleur et leurs capacités de sorption d’eau. Afin de mieux comprendre le comportement d’adsorption-désorption, les différents types de matériaux de stockage sélectionnés ont été caractérisés d’un point de vue structural et textural en utilisant des techniques appropriées et par adsorption de la vapeur d’eau en utilisant un analyseur thermique TG-DSC 111 de Setaram. Des cycles successifs d’hydratation (à 20°C) / déshydratation (à 150°C) ont été effectués
The energy challenge imposed by exhaustion of fossil fuels and their increasing consumption has favored the emergence of optimal energy management based on the use of alternative resources such as solar energy. The household sector is the main consumer of energy. A large part of this energy is consumed by heating systems. Therefore, good management can be achieved through the use of thermochemical energy storage technology. The main advantage to use this type of system is the possibility to store heat during the maximum availability of solar radiation in summer (dehydration step) and release the energy on demand for heating houses in winter (hydration step). The improvement of the adsorption properties of materials for thermochemical heat storage is the main objective of this work. The use of porous adsorbents such as zeolites in the field of seasonal heat storage is an attractive solution for the reducing of energy consumption. On the other hand, the development of new composite materials based on hydrate salt is made to improve the heat storage capacities of both pure mesoporous host matrix and hydrate salt. A comparison among different series of thermochemical storage materials selected and synthesized was done by analyzing the impact of salt addition and physico-chemical properties of porous materials on the heat storage and water sorption performances. In order to understand the adsorption-desorption behavior, different kinds of materials were characterized in their structural, textural and surface properties by using appropriate techniques and by adsorption of water vapor using a Setaram TG-DSC 111 apparatus. Successive cycles of hydration (at 20°C) / dehydration (at 150 °C) were performed

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Ruiz, Thierry. "Eléments de modélisation et contribution expérimentale à l'étude du transport réactif dans un sol non saturé." Montpellier 2, 1998. http://www.theses.fr/1998MON20134.

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Abstract:

On presente une modelisation mathematique d'un sol non sature siege de transferts de matiere en phase liquide et gazeuse, de changement de phase et de reactions chimiques. A partir de l'analyse de la source d'entropie par la thermodynamique des processus irreversibles lineaire, on etablit les relations phenomenologiques des phenomenes mis en jeu. Une etude approfondie des mecanismes de transport d'une solution idealement diluee conduit a preciser l'expression des potentiels de transport impliques dans la filtration de la phase liquide et les diffusions du solvant et des solutes. La demarche conduit a la definition d'un coefficient de reflexion, compris entre 0 et 1, fonction des caracteristiques de transport du milieu, qui pondere le potentiel osmotique dans la loi de transport du solvant. On etablit une relation phenomenologique de changement de phase d'un liquide pur dans un sol. Cette loi apparait comme une description macroscopique de l'ensemble des phenomenes micro-locaux qui participent au retour a l'equilibre. Cette relation est verifiee dans le cas de la volatilisation de l'eau et de l'heptane dans un sable limoneux argileux, pour des sollicitations qui n'eloignent pas trop ce systeme de l'equilibre. La variation du coefficient phenomenologique en fonction de la teneur en liquide renseigne sur l'etat du liquide dans le sol. Une etude experimentale du sechage naturel d'une couche de sol non sature par le l'eau ou de l'heptane est presentee.

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Fournier, Clara. "Hydrophilisation de billes de polystyrène-divinylbenzène par adsorption de dérivés amphiphiles du dextrane : préparation et caractérisations structurales de nouveaux support pour la chromatographie des protéines." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1996. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1996_FOURNIER_C.pdf.

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Abstract:

De nouvelles phases stationnaires pour la chromatographie liquide haute performance des protéines ont été préparées à partir de microsphères poreuses de polystyrène-divinylbenzène. Ce matériau étant très hydrophobe, il est nécessaire d'en modifier la surface afin de le rendre compatible avec la nature des biomolécules à séparer. Le procédé utilisé consiste à adsorber sur les particules, un polymère hydrophile tel que le dextrane. L’introduction de groupes phenoxy sur ce polysaccharide, à différentes concentrations, conduit à des dérivés amphiphiles capables de s'adsorber fortement sur le polystyrène. La couche de polymère déposée est stabilisée, dans les conditions optimales, par réticulation chimique à l'epichlorhydrine. Le taux de groupements phenoxy fixés sur le dextrane n'a pas une grande influence sur la quantité maximale de polymère qui peut être déposée sur le polystyrène mais est déterminant quant à l'aptitude des matériaux obtenus à adsorber les protéines. La porosité des supports préparés est étudiée tant à l'état sec par porosimétrie au mercure et par adsorption d'azote qu'à l'état solvate dans divers milieux aqueux et organiques par chromatographie d'exclusion stérique. Elle dépend non seulement de la composition et de la conformation de la couche adsorbée mais aussi de l'aptitude des dextranes modifiés à s'associer par le biais d'interactions phenoxy-phenoxy. Finalement, des billes poreuses de polystyrène, modifiées par adsorption à saturation d'un dextrane présentant un taux élevé en groupes phenoxy, sont testées en chromatographie d'exclusion stérique des protéines. Le dextrane étant un polymère facilement fonctionnalisable, de tels supports sont utilisables pour d'autres modes de chromatographies ; un exemple de purification de la trypsine par chromatographie d'affinité est donné

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Clauzier, Stéphanie. "Etude de la solubilité de l’hydrogène dans des liquides confinés." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10285/document.

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Abstract:

L’adsorption des gaz dans les solides micro/mésoporeux et la solubilisation des gazdans les liquides sont des phénomènes physiques très bien connus. En revanche, lasolubilisation des gaz dans un liquide confiné à l’intérieur d’un solide (système hybride) estun domaine très peu étudié, malgré des applications importantes, notamment dans l’extractiondu pétrole, les ciments ou encore les réacteurs catalytiques triphasiques. Nous avons montréexpérimentalement que la solubilité du CO2 et H2 augmente quand la taille de pores du solideest de l’ordre du nanomètre. Un des objectifs de cette thèse était d’optimiser le couple solidesolvant(système hybride) et les conditions de température et de pression pour augmenter lestockage de H2 pour les applications de stockages. Dans le système Aérogel/éthanol à 50 barset 0°C, la solubilité de H2 est 8,5 fois supérieure à la solubilité mesurée dans le liquide seul,représentant une masse de 6,2g d’hydrogène stocké par kg de solide. Le second objectif étaitde comprendre les paramètres clefs de ce phénomène apparent de « sursolubilité » dans lessystèmes hybrides. En comparant différents solides poreux (zeolithes, MOF, MCM, silice),nous avons montré le rôle majeur des propriétés d’interfaces. Les phénomènes desolubilisation ont été modélisés à l’échelle moléculaire par GCMC et validéesexpérimentalement. Il apparait que le mécanisme de sursolubilisation provient d’unestructuration en couche des molécules de solvants en interactions avec les parois dumésopore
The adsorption of gases in micro/mesoporous materials and solubility of gases inliquids are physical phenomena well known. On the other hand, solubility of gases in liquidsconfined inside a solid (hybrid system) has not been entensively studied, despite the importantapplications such systems can have in the areas of oil extraction, cement and triphasiccatalytic reactors. We have shown experimentally that the solubility of CO2 and H2 increaseswhen the size of the pores of the solid is in the nanometer range. One of the objectives of thisthesis was to optimize the couple a solid and a solvent into a hybrid system and the conditionsin which to increase the H2 storage capacity. In an aerogel/ethanol hydrid system at 50 barand 0 ° C, the solubility of H2 is 8.5 times greater than the solubility measured in the singleliquid, representing a mass of 6.2 g of hydrogen stored per kg of solid. The second objectivewas to understand this apparent phenomenon of oversolubility and the key parameters in thehybrid systems. By comparing different porous solids (zeolites, MOFs, MCM-41 and silica),we have shown the major role of the properties of interfaces. The phenomena of solubilsationwas modelled by GCMC and experimentally validated. It appears that the mechanism ofoversolubilisation comes from structuring the solvent molecules in interactions with the wallsof the mesopore layered

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Chanut, Nicolas. "Using external factors to improve gas adsorption in nanoporous materials : control of humidity and mechanical pressure." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4743.

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Abstract:

L'augmentation du niveau de CO2 atmosphérique est un sujet de préoccupation publique notoire. Afin d'atténuer son impact sur l'environnement, il est urgent de réduire les émissions de CO2 d’origines anthropiques. Une méthode considérée comme viable est la capture de CO2 par des procédés d’adsorption en utilisant une classe émergente de matériaux, les Metal-Organic Frameworks (MOFs). A ce jour, l’évaluation des MOFs s’est principalement axée sur leurs performances de séparation (capacité, sélectivité et régénération). Cependant, des facteurs externes peuvent influer sur les performances globales des procédés. L’objectif de cette thèse est d’évaluer trois d’entre eux : la présence de vapeur d’eau dans les effluents gazeux, l’effet de la mise en forme des matériaux et l’effet d’une pression mécanique externe sur les performances d’adsorption de gaz. Il est montré que ces facteurs externes peuvent être utilisés pour améliorer les performances des procédés dans des conditions spécifiques
The increase in atmospheric CO2 level is a notorious matter of public concern. To mitigate its impact on the environment, it is urgent to reduce emissions of anthropogenic CO2. A method considered by many as a viable option is CO2 capture by adsorption using an emerging class of materials, the Metal-Organic Frameworks (MOFs). To date, evaluation of MOFs has been mainly focused on the separation performance of the material looking at the capacity, selectivity and regeneration capability. However external factors can influence the overall performances of processes turning to industrial applications. The purpose of this thesis was to evaluate three of them: the presence of water vapor in post-combustion flue gases, the effect of shaping powders into pellets form and the effect of an external mechanical pressure on gas adsorption performance. Unexpectedly, it is shown that these external factors could be used to improve process performances under specific conditions

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Hoang, Thi Thao Phuong. "Méthodes de décomposition de domaine espace-temps pour la formulation mixte de problèmes d'écoulement et de transport en milieu poreux." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00922325.

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Abstract:

Cette thèse présente une contribution aux développements de méthodes numériques pour la simulation d'écoulements en milieu poreux, en particulier par des méthodes de décomposition de domaine espace--temps qui permettent l'utilisation de pas de temps différents dans les différents sous--domaines. Nous étudions deux types de méthodes: la première est basée sur une généralisation de l'opérateur de Steklov-Poincaré au cas de problèmes dépendants du temps, et la seconde est basée sur la méthode de Relaxation d'Onde Optimisée de Schwarz (OSWR) dans laquelle des conditions de transmission plus générales (Robin ou Ventcell) sont utilisées pour accélérer la convergence de l'algorithme. Ces deux méthodes sont étudiées sur une formulation mixte qui est bien adaptée à la modélisation de l'écoulement et du transport en milieu poreux. Nous considérons tout d'abord un problème de diffusion et formulons, pour chaque méthode, un problème sur l'interface espace -temps entre les sous-domaines. Le caractère bien posé de ces problèmes, avec des conditions aux limites de Dirichlet ou de Robin, est démontré. Les preuves de convergence de l'algorithme OSWR et de sa version semi-discrète sous forme mixte sont également données. Des expériences numériques sont menées en 2D pour comparer les performances des deux méthodes sur des problèmes fortement hétérogènes, et un préconditionneur de Neumann--Neumann dépendant du temps permet d'accélérer la première méthode. Les deux méthodes sont ensuite étendues au cas d'une équation d'advection-diffusion, l'advection et la diffusion étant traitées séparément grâce une technique de séparation d'opérateurs, ce qui permet d'utiliser des pas de temps différents pour les deux phénomènes dans chaque sous-domaine. Des conditions de transmission sont proposées séparément pour l'advection et pour la diffusion. La convergence des méthodes est étudiée sur des exemples numériques, pour des problèmes en régime d'advection dominante ou de diffusion dominante, et leur précision en temps est étudiée dans le cas de grilles non-conformes en temps. Deux exemples inspirés de la simulation du stockage de déchets nucléaires sont étudiés, et la simulation sur des temps longs est réalisée par l'intermédiaire de fenêtres en temps. Nous considérons également la méthode OSWR avec des conditions de transmission de Ventcell, étendues à la formulation mixte. Nous démontrons que les problèmes de sous--domaine avec des conditions aux limites de Ventcell sont bien posés. Nous comparons les performances des paramètres optimisés pour Ventcell et Robin dans le cas de problèmes hétérogènes pour une décomposition en deux sous-domaines. Enfin, nous étudions l'extension des deux méthodes au cas où l'interface représente une fracture pour un modèle réduit d'écoulement dans un milieu poreux fracturé.

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Jean-Marie-Désirée, Ronny. "Étude de la dynamique de décharges transitoires sub-microsecondes à haute et basse pressions dans le contexte du stockage solide de l’hydrogène." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. http://www.theses.fr/2024LORR0094.

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Abstract:

Le projet SYNERGY (ANR) dans lequel s’inscrit ma thèse se donne pour objectif long terme d’optimiser les propriétés de sorption et de désorption d’un matériau poreux (e.g. MOFs) en rassemblant et couplant dans un seul et même matériau différents mécanismes de sorption, à la fois physique et chimique. Pour ce faire, deux types de procédés plasmas sont retenus : le premier ayant pour but de fonctionnaliser la surface dudit matériau et le second d’imprégner dans son volume des éléments métalliques réagissant positivement au stockage de l’hydrogène. Dans le but de mettre en place de tels procédés plasmas, il est alors nécessaire de s’intéresser au milieu plasma qui représente le réservoir des espèces actives et dont l’interaction avec le matériau détermine le résultat final. Ainsi, les objectifs qui soutiennent mes travaux de thèse reposent sur le développement de régimes impulsionnels hautes tensions transitoires sub-microsecondes et la compréhension de leur impact sur la dynamique du plasma associé à de tels procédés. La première est de type décharge à barrière diélectrique qui opère en régime impulsionnel, à haute pression (> 104 Pa) et en gaz d’ammoniac pur, source d’espèces aminées pour la fonctionnalisation. L’observation de cette décharge iDBD en ammoniac pur montre pour la première fois l’obtention d’une décharge stable en mode diffus. Par ailleurs, Les différents résultats obtenus par imagerie rapide et par E-FISH fournissent des pistes quant à l’obtention de ce mode. La seconde est un nouveau régime de décharge haute tension et sub-microseconde nommé FHiVI², opérant à basse pression (1 Pa). Conçu et breveté au cours de ma thèse, l’objectif d’un tel régime est l’amélioration du taux d’ionisation lors de procédés plasmas tout en limitant les phénomènes de rétro-attraction des ions générés à la cathode, phénomène courant dans le cas des procédés de pulvérisation assistée par plasma. Couplé avec un régime HiPIMS, les tous premiers résultats de ce nouveau régime FHiVI² indiquent qu’il peut permettre au minimum doubler le taux d’ionisation par rapport au régime HiPIMS
The long-term aim of the SYNERGY project (ANR), in which my thesis is involved, is to optimize the sorption and desorption properties of a porous material (e.g. MOFs) by combining and coupling different sorption mechanisms, both physical and chemical, in a single material. To achieve this, two types of plasma processes are used: the first to functionalize the surface of the material, and the second to impregnate its volume with metallic elements that react positively to hydrogen storage. To implement such plasma processes, it is necessary to focus on the plasma medium, which represents the reservoir of active species, and whose interaction with the material determines the final result. Thus, the objectives underlying my thesis work are based on the development of sub-microsecond transient high-voltage pulse regimes and understanding their impact on the plasma dynamics associated with such processes. The first is a dielectric barrier discharge (iDB) operating in a pulsed regime, at high pressure (> 104 Pa) and in pure ammonia gas, providing amino species for functionalization. Observation of this iDBD discharge in pure ammonia shows for the first time that a stable discharge can be obtained in diffuse mode. In addition, the various results obtained by fast imaging and E-FISH provide clues as to how this mode can be achieved. The second is a new high-voltage, sub-microsecond discharge regime called FHiVI², operating at low pressure (1 Pa). Designed and patented during my thesis, the aim of such a regime is to improve the ionization rate during plasma processes, while limiting the back-attraction of ions generated at the cathode, a common phenomenon in plasma-assisted sputtering processes. Coupled with a HiPIMS regime, the very first results from this new FHiVI² regime indicate that it can at least double the ionization rate compared with the HiPIMS regime

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GUIGNOUARD, PHILIPPE. "L'absorption acoustique des materiaux poreux predictions et mesures." Le Mans, 1991. http://www.theses.fr/1991LEMA1018.

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Abstract:

Differents modeles de prediction de l'impedance de surface en incidence quelconque sont presentes. Deux types de materiaux utilises couramment dans le traitement acoustique des locaux ont ete etudies. Le comportement du premier, une couche de poreux recouverte d'un ecran poreux mince, est decrit a l'aide de la theorie de biot. Deux cas ont ete etudies separement: ecran libre et ecran colle a la surface du poreux. L'impedance de surface a ete determinee a partir d'un formalisme matriciel. Le deuxieme type de materiau, une couche de fibreux recouverte d'un ecran perfore immobile, est caracterise par des constantes de propagation differentes dans les directions normale et planaire a l'aide des lois empiriques de delany et bazley. L'anisotropie du milieu a ete prise en compte suivant le formalisme de pyett. Le champ sonore se propageant dans le materiau est represente par un developpement en series de fourier a deux dimensions. L'influence d'une lame d'air entre le fibreux et le support a ete etudie. Tous ces modeles ont ete valides par des mesures directes de l'impedance de surface a l'aide de la methode du doublet microphonique. Les resultats d'absorption obtenus ont ete compares a ceux de la mesure du coefficient alpha sabine realises en salle reverberante

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Raoof, Abdul. "Adsorption, distribution et dynamique de l'eau dans les milieux poreux." Marne-la-Vallée, 1997. http://www.theses.fr/1997MARN0007.

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Abstract:

L'objectif général de cette étude a été de relier la morphologie interfaciale, dans des situations mesoscopiques, aux phénomènes d'adsorption et de transport dans des milieux poreux bien caractérises, principalement des silices différentes. Un appareil prototype pour la mesure des isothermes d'adsorption en continue a été réalise et valide. La mesure des isothermes de vapeur d'eau et d'azote montre que deux tiers de la surface de ces silices est hydrophobe. Malgré ce caractère composite de la surface, le remplissage des pores par condensation capillaire n'est pas empêche. Un mécanisme coopératif d'adsorption a été observe pour les molécules d'eau pendant la mesure des courbes t. La thermoporometrie a permis de montrer que les trois couches moléculaires d'eau au contact de la paroi du pore ne gèlent pas, expliquant ainsi l'insensibilité de cette technique a la nature hydrophobe de la surface. Le nombre de couches d'eau restant liquides près de la paroi est toutefois indépendant de la taille des pores. La compaction de deux silices a montre que la diminution de la porosité en fonction de la pression se traduit par une augmentation du nombre de coordination des sphères élémentaires. Le comportement des silices a la compression est contrôle par les différences des porosités et des facteurs géométriques (taille et forme des grains). La rmn montre que les deux temps de relaxation, t 1 et t 2, sont fortement dépendants de la quantité d'eau présente dans les pores. Les résultats de rmn montrent que seule les premiers deux couches d'eau sur les parois sont influencées par l'interaction avec la surface. L'étude de l'isotherme sur toute la gamme d'humidité relative a montre la présence d'hystérésis pour les temps de relaxation et le coefficient de diffusion. Ces observations suggèrent l'existence d'un état d'équilibre différent pour chacune des deux branches de l'isotherme. La mise en oeuvre de plusieurs méthodes explorant des gammes d'observation différentes et complémentaires a conduit a une description assez complète de ces silices. Cette étude fournit une base d'informations pour la caractérisation de milieux plus complexes tels que ceux rencontres en génie civil

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Villemot, François. "Adsorption et transport dans des solides poreux hiérarchisés." Thesis, Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie, 2014. http://www.theses.fr/2014ENCM0013.

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Abstract:

Les solides poreux hiérarchisés possèdent une porosité multi-échelles ordonnée. Ils contiennent des petits pores, qui leur confèrent des propriétés remarquables pour de nombreuses applications.De plus grands pores, qui favorisent la diffusion de molécules au sein de la structure poreuse, sont connectés à ces petits pores.Dans cette thèse, des simulations moléculaires ont été utilisées pour étudier l'adsorption d'un fluide simple dans plusieurs types de solides poreux hiérarchisés. Ces résultats sont ensuite comparés à des prédictions théoriques. L'utilisation de mesures d'adsorption pour caractériser la porosité de ces solides est également étudiée. La validité de modèles existants est discutée, et une nouvelle méthode de caractérisation est proposée. Le transport dans des matériaux multi-échelles est modélisé grâce à une approche sur réseau, décrivant à la fois le transport et l'adsorption. Les paramètres utilisés sont obtenus à partir des simulations, ce qui permet de ne pas faire d'hypothèses sur le type d'écoulement
Hierarchical porous solids possess an ordered, multiscale porosity. They contain small pores, which enable remarkable properties towards many applications. Larger pores, which enhance diffusion inside the porous structure, are connected to the smaller pores.In this thesis, molecular simulations are used to study adsorption of a simple fluid inside different types of hierarchical porous solids. These results are then compared to theoretical predictions. Use of adsorption measurements as a characterization technique is also studied. The validity of existing models is discussed, and a new characterization method is proposed.Transport in multiscale materials is modeled by a lattice approach, describing both transport and adsorption. The parameters used in this model are obtained from simulations, so that no assumption on the flow regime has to be made

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Perrier, Laurent Georges Henri Pierre. "Couplage entre adsorption et déformation en milieux microporeux." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3032/document.

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Abstract:

Cette thèse vise à caractériser l’influence d’une phase adsorbée sur les déformations instantanées en milieu microporeux qui se distinguent par la présence de pores de diamètres inférieurs à 2 nanomètres. Les charbons, activés ou naturels, les roches à faibles perméabilités, les argiles et de nombreux biomatériaux rentrent dans cette catégorie. Par la présence d'une grande surface spécifique (surface développée du milieu poreux, de l’ordre de 100 à 1000 m2/g), les matériaux microporeux peuvent piéger, sous forme adsorbée, une grande quantité de molécules de fluide avec des applications dédiées à la récupération d’hydrocarbure, au stockage géologique, à la séparation, la catalyse ou au transport de médicament. Pour ces matériaux microporeux, une déviation de la poromécanique classique, introduite par Biot, est attendue. Dans les plus petits pores, de taille nanométrique, ces molécules de fluide se trouvent fortement confinées et leurs interactions sont modifiées. Cet effet a comme conséquence un gonflement macroscopique du milieu poreux. Le gonflement in situ induit par adsorption dans les charbons naturels a été identifié comme étant la source principale de la chute d’injectivité de CO2 lors de la production assistée de CH4 dans des veines de charbon. Les matériaux poreux naturels et de synthèse sont généralement composés d’une double porosité: la microporosité où le fluide est piégé sous forme adsorbée et une méso ou macroporosité nécessaire pour assurer le transport de fluide vers les nanopores. Le gonflement induit par adsorption de la matrice referme la porosité de transport, réduit la perméabilité globale du système poreux. Ce travail présente un nouveau modèle poromécanique étendu permettant de prédire les gonflements induits par adsorption de gaz en tenant compte de la variation incrémentale de la porosité au cours du gonflement. Ce modèle est tout d’abord développé dans le cas de milieux poreux purement microporeux, homogènes et isotropes, saturés par un fluide en conditions isothermes et réversibles. Le modèle est ensuite étendu au cas d’un milieu poreux présentant une double porosité, c’est à dire une porosité d'adsorption et une porosité de transport. Il présente l’originalité de n’avoir aucun paramètre à identifier au cours du trajet de chargement. Les caractéristiques poromécaniques initiales et les quantités adsorbées sont les uniques paramètres du modèle. Dans cette étude, un développement d'une nouvelle technique expérimentale de mesures simultanées de quantités adsorbées et de déformations induites par adsorption est réalisé. Le nouveau banc d’essai met en jeu une technique manométrique de mesure d’isotherme d’adsorption couplée à une mesure de déformations en plein champ par corrélation d’images numériques. Après une étude complète des incertitudes de mesure, la montage est validé en comparant avec des mesures de quantités adsorbées de CH4 et de CO2 sur un charbon actif de référence obtenues par la technique gravimétrique. Le banc d’essai développé est ensuite utilisé pour tester le nouveau modèle poromécanique sur un charbon actif. Ce matériau présente la particularité de posséder à la fois une microporosité et une macroporosité importantes. Les mesures et les estimations de déformations induites par adsorption sont confrontées. Un très bon accord est obtenu, validant le modèle développé. Une étude d’un charbon naturel issu d’un réservoir naturel est enfin réalisée. L’obtention de cartes de déformation en plein champ permet de visualiser directement l'évolution du réseau de failles naturelles lors de l'adsorption de gaz et d’isoler des zones homogènes entre ces failles où le modèle développé peut s’appliquer. Là encore, une comparaison modèle-expérience présente un bon accord
This research study aims at characterizing the influence of an adsorbed phase on the instantaneous deformations in microporous media (width pores < 2nm). Activated or natural carbons, tight rocks, clay, cementitious materials and numerous biomaterials such as bones are among these materials. In recent years, a major attention has been paid on these microporous materials because the surface-to-volume ratio (i.e., the specific pore surface) increases with decreasing characteristic pore size. These materials can trap an important quantity of fluid molecules as an adsorbed phase. This is important for applications in petroleum and oil recovery, gas storage, separation. For these microporous materials, a deviation from standard poromechanics, which was introduced by Biot 75 years ago, is expected. In very small pores, the molecules of fluid are confined. Interaction between molecules is modified. This effect, denoted as molecular packing, includes fluid-fluid and fluid-solid interactions and has significant consequences at the macroscale, such as instantaneous swelling. In-situ adsorption-induced coal swelling has been identified as the principal factor leading to a rapid decrease in CO2 injectivity during coal bed methane production enhanced by CO2 injection. Generally, natural and synthesised porous media are composed of a double porosity: the microporosity where the fluid is trapped as an adsorbed phase and a meso or a macro porosity required to ensure the transport of fluids to and from the smaller pores. If adsorption in nanopores induces instantaneous deformations at a higher scale, the matrix swelling may close the transport porosity, reducing the global permeability of the porous system or annihilating the functionality of synthesised materials. The point of view of poromechanic is a mean to understand this problematic. When a porous media is immersed in the gas, the classical poromechanic predicts the shrinkage of the media. This formalism have to extend to take account the adsorption phenomenon. A new poromechanical framework allowing adsorption induced strain predictions by taking into account the incremental variations of porosity upon swelling for pure microporous, isotropic and homogeneous materials saturated by a single fluid in reversible and isothermal conditions was developped. In this study, the model is then extended for double porous media presenting both a microporosity where the fluid is trapped as an adsorbed phase and a transport macroporosity. The porosities are defined by the classification of l'Internationnal Union of Pure and Applied Chemistry. In this study, a new experimental procedure is built for simultaneous measurement of both adsorption and swelling quantities by respectively a manometric technique and a full-field digital image correlation technique. The experimental procedure is applied to test the reliability of the proposed model for a commercial active carbon saturated with pure CH4 and pure CO2. The material has the particularity to present both a high microporosity and a high macroporosity. A good agreement is obtained in term of adsorption induced swelling quantities. Once the model validated, it is used to quantify the decrease of transport macroporosity induced by microporous matrix swelling. The last part is dedicated to the study of a natural carbon extracted from a mine with enhanced coal bed methane recovery potentialities. The material has the particularity to present three different porosities: a microporosity where the gas is trapped, a transport macroporosity and a natural cleat network also participating in the global transport. The obtaining of full-field displacement maps provides insight of the cleat network influence and helps to isolate homogeneous zones where the poromechanical model may be applied and compared to the experimental results. Here again, a good agreement is obtained in term of adsorption-induced swelling quantities

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Quénard, Daniel. "Adsorption et transfert d'humidité dans les matériaux hygroscopiques : approche du type percolation et expérimentation." Toulouse, INPT, 1989. http://www.theses.fr/1989INPT098H.

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Abstract:

L'etude des phenomenes de sorption et des mecanismes de transfert de la vapeur d'eau dans les materiaux microporeux est abordee en utilisant une approche hierarchisee a trois niveaux. Au niveau microscopique, nous decrivons pour un pore cylindrique les mecanismes fondamentaux: adsorption, desorption, condensation capillaire, diffusion, ecoulement. Nous decrivons le transfert a travers un pore condense par son equivalent en phase vapeur et nous mettons en evidence un phenomene d'amplication du flux de vapeur du a la phase condensee. Nous suggerons de faire une analogie electrique entre un pore cylindrique et une diode zener. Nous proposons ensuite une representation simplifiee de la microstructure a partir des modeles de reseaux avec une topologie bien definie: carre, triangulaire, hexagonale. Pour developper cette demarche nous nous referons au concept de percolation et nous utilisons les principaux resultats. Nous faison apparaitre une forte variation de la permeabilite equivalente avec l'humidite relative. Ce constat justifie un grand nombre de resultats experimentaux. Nous presentons aussi plusieurs methodes experimentales qui nous permettent d'estimer les isothermes d'adsorption et les permeabilites a la vapeur. La comparaison entre les resultats experimentaux et le modele est encourageante

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Olny, Xavier. "Absorption acoustique des milieux poreux a simple et double porosité : modelisation et validation experimentale." Lyon, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAL0114.

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Abstract:

Les matériaux poreux sont très souvent utilisés en tant que dispositifs absorbants dans les environnements bruyants, pour le bâtiment ou en milieu extérieur. Il est utile de pouvoir décrire ces matériaux, en vue de les adapter pour des performances souhaitées. L'acoustique des milieux à simple porosité est rappelée, en introduisant la méthode d'homogénéisation des milieux périodiques à échelles séparées. Les principaux modèles phénoménologiques existants sont également présentés. La méthode HSP, bien adaptée à la description des milieux à double porosité, est utilisée pour mettre en évidence la diversité des couplages inter-échelles pouvant exister, pour des matériaux « réalistes ». La théorie est confrontée à des mesures expérimentales effectuées sur des matériaux à double porosité artificiels faits de panneaux microporeux perforés. On montre que le comportement de milieux poreux à échelles multiples, peut être très différent de celui d'un matériau à simple porosité. Deux milieux microporeux sont utilisés pour construire des matériaux à double porosité correspondant aux situations de fort et faible contraste de perméabilité. Il ressort que la création d'un second réseau de pores peut contribuer à améliorer significativement 1' absorption du matériau microporeux initial, et ceci dans une large bande de fréquence. En ce qui concerne le dispositif expérimental, les mesures à basse fréquence ont été réalisées dans un tube à ondes stationnaires de grandes dimensions, pour laquelle la méthode de la fonction de transfert à un microphone a été adaptée. Parallèlement, il a été montré que l'utilisation de signaux périodiques sinusoïdaux pseudo-aléatoires pouvait améliorer la détermination de la fonction de transfert de systèmes linéaires corrompus par des non-linéarités
Porous materials are widely used as passive absorbers in noisy buildings or outdoor environment. It appears useful to be able to describe and adapt the material to wanted performances. Acoustics of simple porosity media is recalled using an homogenisation technique of periodic separated scale media (HSP). The main phenomenological existing models are also presented. Then the HSP method, well adapted to double porosity media, is used to point out the diversity of interscale couplings in realistic media. The theory is compared to experimental measurements performed on artificial double porosity materials made of micro porous perforated panels. It is shown that the behaviour of multi-scale porous media can be significantly different from single porosity material. Two microporous media are used to build double porosity media corresponding to the cases of high and low permeability contrast. It appears that a second network of pores can greatly improved the absorption of the initial microporous material in a wide range of frequencies. Regarding the experimental set-up, the low frequency measurements have been performed in a large standing waves tube using an adaptation of the single microphone transfer function method. Also, Periodic sinusoidal pseudo-random test signals have been shown to improve the quality of the measurement regarding the distortion effects

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Cai, Jingxuan. "Synthesis and applications of N-modified mesoporous carbons." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10011.

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Abstract:

Les carbones poreux ont été largement utilisés et étudiés ces dernières années. Ce travail de recherche porte sur la préparation de matériaux carbonés mésoporeux modifiés ou non par de l'azote. Tout d'abord, un carbone mésoporeux pur a été synthétisé. Puis des atomes d'azote ont été introduits dans ce carbone mésoporeux par deux méthodes de dopage ("in situ" et "post-synthèse" respectivement). La comparaison des propriétés acido-basiques dans des conditions différentes pour les trois types de matériaux mésoporeux carbonés, avec ou sans diazote, a été faite grâce à des techniques calorimétriques. Ces carbones mésoporeux ont aussi été utilisés dans l'adsorption de polluants, le stockage de l'hydrogène et en tant que supports pour les métaux précieux et l'oxyde de fer en catalyse. Les différentes performances dans ces applications ont été mises en relation avec les différentes propriétés structurelles et surfaciques causées par le dopage au diazote
Porous carbon materials are widely used and studied in recent years. In this work, three kinds of mesoporous carbon materials were prepared. Firstly, cost-effective pure mesoporous carbon was synthesized. Then nitrogen atoms were introduced into the mesoporous carbon by “in situ” and “post” doping methods respectively. The comparisons of the acid-base properties in different conditions of the three kinds of mesoporous carbon materials with or without nitrogen were studied and revealed by different calorimetric techniques. The three kinds of mesoporous carbons were also applied in pollutants adsorption, hydrogen storage and as supports of precious metals and iron oxide in catalysis. The different performances in applications were related to the different structural and surface properties caused by the N-doping

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Bullot, Laetitia. "Elaboration de matériaux poreux et étude de leurs propriétés d'adsorption de dioxines/furanes." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH9535/document.

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Abstract:

La protection de l’environnement et de la santé humaine représente une préoccupation éthique et scientifique primordiale. Les dioxines/furanes, produits, entre autres, par les processus d’incinération de déchets, font partie des polluants les plus dangereux de par leur stabilité et leur faculté à être bio-accumulés. Les polychlorobenzènes sont souvent référencés comme molécules modèles de ces composés et seront utilisés en tant que tels dans ces travaux de thèse. Grâce à leurs structures microporeuses organisées qui leur confèrent de remarquables capacités d’adsorption, les zéolithes et les Metal-Organic Frameworks (MOFs) représentent des matériaux de choix pour piéger ces polluants organiques. Leur mise en forme sous forme de billes par exemple offre l’avantage de s’affranchir de problèmes tels que le colmatage ou les pertes de charges trop importantes pouvant apparaître pour une application à l’échelle industrielle. C’est pourquoi, cette thèse vise à élaborer et caractériser des adsorbants zéolithiques et de type MOF, de les mettre en forme et d’étudier leurs propriétés d’adsorption vis-à-vis de polychlorobenzènes/dioxines/furanes. L’ensemble des zéolithes et MOFs ont été sélectionnés et préparés de sorte à optimiser leurs caractéristiques structurales, texturales et morphologiques pour les applications ciblées. Une étude sur la mise en forme de la zéolithe de type FAU a conduit à l’élaboration de billes présentant de bonnes propriétés mécanique et d’adsorption. Les différentes mesures d’adsorption de polychlorobenzènes/dioxines/furanes en phases gaz et liquide ont permis de mettre en évidence les meilleurs matériaux pour l’adsorption sélective de ces polluants à l’émission d’usines d’incinération de déchets
Environmental and human health protection is a scientific and ethical concern. Dioxin/furan compounds, produced from waste incineration process among other, are ones of the most dangerous pollutants due to their stability and ability to bio-accumulate. Polychlorobenzenes are often referred as model molecules of these compounds and will be used as it in this PhD work. Thanks to their microporous organized structures which confer to them remarkable adsorption capacities, zeolites and Metal-Organic Frameworks (MOFs) are interesting materials to trap these organic pollutants. Their shaping as beads for example offer the advantage to overcome problems such as clogging or excessive pressure losses that can appear for an industrial application. Therefore, the aim of this PhD is to prepare and characterize zeolite and MOF, to shape them and to study their adsorption properties for polychlorobenzenes/dioxins/furans. All zeolites and MOFs have been selected and prepared in order to optimize their structural, textural and morphological characteristics for the intended application. A study on the shaping of the FAU-type zeolite has allowed the development of beads with good mechanical and adsorption properties. The different polychlorobenzenes/dioxins/furans adsorption tests into gas and liquid phases allowed identifying the best solids for the selective adsorption of these pollutants in waste incineration plant emissions

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Delgado, Cano Beatriz. "Caractérisation des matériaux commerciaux et synthétisés destinés à adsorber le méthane et l'oxyde nitreux présents dans des émissions gazeuses et modélisation de l'adsorption." Doctoral thesis, Université Laval, 2017. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27771.

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Abstract:

Les activités humaines ont généré une augmentation importante de la concentration de gaz à effet de serre (GES) au cours des 150 dernières années, ce qui est relié à plusieurs problèmes environnementaux, tels que le réchauffement planétaire et les changements climatiques. Le secteur agricole contribue de 8 à 10% aux émissions totales de GES dans l'atmosphère, et les principaux GES émis sont le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et l’oxyde nitreux (N₂O). Le contrôle et la quantification de ces émissions requièrent des technologies qui permettent de les capturer et ou les dégrader, par exemple par adsorption. L'objectif du présent projet est de caractériser des matériaux qui puissent être utilisés comme adsorbants des GES et de décrire leurs cinétiques d’adsorption afin d’avoir l’information qui permette de sélectionner des adsorbants pour capturer le CH₄ et le N₂O à des basses concentrations et à température et pression ambiantes. Pour adsorber le CH₄, des adsorbants commerciaux et synthétiques ont été utilisés. Les adsorbants choisis ont été des zéolithes, un biocharbon conditionné au laboratoire et un ZIF (« Zeolitic imidazolate framework », ZIF-8) synthétisé au laboratoire. Ce dernier a été employé aussi pour adsorber du N₂O. La capacité d’adsorption de CH₄ et de N₂O a été évaluée pour chaque adsorbant par de tests dynamiques d’adsorption du gaz sous conditions ambiantes. Des zéolithes commerciales sous forme de billes ou d’extrudés et de poudre ont été caractérisées physiquement et chimiquement afin de corréler leurs propriétés avec la capacité d'adsorption de CH₄. L’effet de la structure et de la composition chimique sur la capacité d'adsorption de CH₄ ont été analysées. La capacité d'adsorption du CH₄ par les zéolithes commerciales a été étudiée à 30°C, à pression atmosphérique et à pressions partielles du CH₄ inférieures à 0,40 kPa (4000 ppm CH₄). L’isotherme d’adsorption de Freundlich a ajusté correctement aux données expérimentales. Il a été observé que la capacité d’adsorption du CH₄ augmentait avec la surface spécifique et le volume de pores, tandis qu’elle diminuait avec le rapport Si/Al et la température. Egalement, les zéolites sous forme de poudre ont présenté des capacités d’adsorption du CH₄ plus élevées que les zéolithes sous forme de billes ou d’extrudés. Du biocharbon obtenu par torréfaction du carton ciré a été traité chimiquement avec KOH et caractérisé. La caractérisation physique, chimique et thermique du carton ciré torréfié et des échantillons traités chimiquement permet de prédire la durabilité des échantillons et de corréler ses propriétés avec sa capacité d’adsorption. La capacité d'adsorption du CH₄ par le biocharbon a été étudiée à 30°C, à pression atmosphérique et à pressions partielles du CH₄ inférieures à 0,40 kPa (4000 ppm CH₄). L’isotherme d’adsorption de Freundlich a ajusté les données expérimentales. La capacité d'adsorption augmentait avec le temps de torréfaction et diminuait avec le traitement chimique. Le ZIF-8 a été obtenu par synthèse solvothermale et caractérisé physiquement et chimiquement afin de corréler ses propriétés avec sa capacité d'adsorption du CH₄ et du N₂O. La capacité d'adsorption du CH₄ et du N₂O a été étudiée à 30 °C et à pression atmosphérique, tandis que les pressions partielles du CH₄ et N₂O ont été inférieures à 0,40 kPa pour le CH₄ (4000 ppm CH₄) et à 0,10 kPa pour le N₂O (1000 ppm N₂O). L’isotherme d’adsorption de Freundlich ajuste correctement les donnés expérimentales. En plus, de l’adsorption d’un mélange de CH₄ et N₂O a été étudié et la courbe de percé du CH₄ est affecté pour le N₂O. Parmi les différents matériaux utilisés lors de l’adsorption du CH₄ à 30 ºC et à pressions partielles de CH₄ inférieures à 0,40 kPa (4000 ppm CH₄), les biocharbons présentent la capacité d’adsorption la plus élevée, suivis par le ZIF-8 et les zéolithes commerciales.
Human activities contributed with a significant increase in GHG concentrations over the past 150 years and they are related to environmental issues, such as global warming and climate change. The agricultural sector contributes 8 to 10% of total GHG emissions to the atmosphere, being carbon dioxide (CO₂), methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) the main GHGs emitted. The control and quantification of these emissions requires technologies which can capture and or degrade these GHG, for example by adsorption. The objective of this project is to characterize adsorbents and to describe their adsorption kinetics in order to select the most suitable for the adsorption of CH₄ and N₂O at low concentration and at ambient temperature. For CH₄ adsorption, commercial and synthesized adsorbents were tested. The selected adsorbents were commercial zeolites, laboratory conditioned biochar and synthesized ZIF ("Zeolitic imidazolate framework"). ZIF was also used for N₂O adsorption. The adsorption capacity of CH₄ and N₂O for each adsorbent was evaluated by dynamic adsorption tests of the gas under atmospheric conditions. Commercial zeolites, in the form of pellets and powders, were physically and chemically characterized in order to correlate their properties with its CH₄ adsorption capacity. The effect of zeolites structure and chemical composition on the adsorption capacity of CH₄ was evaluated for zeolites in the form of pellets and powders. CH₄ adsorption capacity of commercial zeolites was studied at 30 °C, atmospheric pressure and at CH₄ partial pressures lower than 0.40 kPa (4000 ppm CH₄). Freundlich isotherm fitted the experimental data of CH₄ adsorption. The adsorption capacity of CH₄ increased with the surface area and pore volume, while decreased with the Si/Al ratio and temperature. Furthermore, the zeolites in powder form exhibited higher CH₄ adsorption capacities than those of zeolites in pellets. The torrefied cardboard was chemically treated with KOH and it was physically, chemically and thermally characterized to correlate its properties with its CH₄ adsorption capacity and to predict the durability of the samples. The adsorption capacity of CH₄ of torrefied cardboard was studied at 30 °C, atmospheric pressure and CH₄ partial pressures lower than 0.40 kPa (4000 ppm CH4). The Freundlich adsorption isotherm fitted correctly the experimental data. CH4 adsorption capacity increased with torrefaction time and decreased with chemical treatment. ZIF-8 was obtained by solvothermal synthesis and was physically and chemically characterized in order to correlate its properties with its adsorption capacity of CH₄ and N₂O. The adsorption capacity of CH₄ and N₂O was studied at 30 °C and atmospheric pressure, while the partial pressures of CH₄ and N₂O evaluated were lower than 0.40 kPa for CH₄ (4000 ppm CH₄) and lower than 0.10 kPa for N2O (1000 ppm N₂O). The experimental adsorption of CH₄ an N₂O was fitted by Freundlich isotherm. Furthermore, the adsorption of a mixture of CH₄ and N₂O was evaluated, being CH₄ breakthrough influenced in the presence of N₂O. Among the different materials used for CH₄ adsorption at 30 ºC and partial pressures lower than 0.40 kPa (4000 ppm CH₄), biocharbons presented the highest adsorption capacity, followed by ZIF- 8 and commercial zeolites.

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Dufau, Nathalie. "Organisation de la phase adsorbée dans des matériaux microporeux modèles : étude thermodynamique structurale et dynamique." Aix-Marseille 3, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX30083.

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Abstract:

Du fait de la complexité des adsorbants poreux industriels, les résultats d'adsorption sur ces matériaux sont difficiles à interpréter. Pour mieux comprendre les processus qui interviennent lors de l'adsorption, nous avons souhaité travailler sur des adsorbants modèles très bien définis dont les pores sont de taille moléculaire. Nous avons choisi un aluminophosphate ayant une structure neutre (sans cation de compensation) et possédant des micropores unidimensionnels de section elliptique : I'AIP04-11. Les conclusions que nous en tirons nous permettent d'étendre l'étude à des zéolithes comme la ZSM-12, la mordénite et les tamis 5A et 13X qui contiennent des cations de compensation et dont les systèmes microporeux sont plus complexes. L'intérêt de cette étude réside dans l'approfondissement des connaissances des phénomènes successifs qui interviennent lors de la physisorption. Nous avons sélectionné le meilleur échantillon d'AIP04-11 (d'après RX et MEB) en choisissant le mode de synthèse le plus adapté, et en libérant la microporosité de façon contrôlée (ATVC). .
The inherent complexity of many industrial adsorbents renders the results of the physisorption of simple gases on such materials relatively difficult to interpret. With the aim to understand more clearly phenomena that occur during adsorption, the present study concentrates on well-defined model adsorbents whose pores are of molecular dimensions. This study initially focuses on an aluminophosphate with a neutral structure (without condensation cations) and unidirectional micropores of elliptical cross-section : AIPC>4-11. The conclusions obtained are then extended to systems such as ZSM-12, mordenite, 5A and 13X with both more complex micropore networks and non-neutral frameworks containing condensation cations. The interest of this study lies in the elucidation of the successive phenomena that may occur during the micropore filling process. The most suitable AIPC>4-11 sample was chosen following the most appropriate synthesis conditions and after controlling the liberation of the microporosity. This allowed the elimination of the organic template without degradation, via an evaporation-type process. .

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Canard, Gabriel. "Matériaux hybrides organiques-inorganiques incorporant des métallocorroles de cobalt(III) : application à l'adsorption sélective du monoxyde de carbone." Dijon, 2004. http://www.theses.fr/2004DIJOS046.

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Lonchampt, Pierre. "Physico-chimie des interactions triacylclycérols-matériaux poreux en filtration hydrophobe : approche thermodynamique et spectrométrique." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2001. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007313.

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Abstract:

Les travaux réalisés ont eu comme objectif de développer les méthodes optiques pour des études en biologie avec comme point de départ la synthèse chimique de sondes fluorescentes pour deux applications visant d'une part, les interactions biopolymères - cellules et d'autre part, la thérapie photo dynamique (PDT). La première partie est consacrée à la synthèse et à l'étude de polymères bioactifs de type polysaccharide, marqués par des rotors moléculaires fluorescents. Le travail a porté sur la synthèse et l'étude photophysique des dérivés coumarine associés à des dextranes bioactifs (CMDB) et à l'héparine. Les tests biologiques confirment la potentialité de la méthode: les CMDB fluorescents conservent l'action proliférative sur les cellules endothéliales; l'internalisation des CMDB et de l'héparine fluorescents, respectivement dans des cellules endothéliales et musculaires lisses a pu être visualisée par microscopie de fluorescence. La deuxième partie est consacrée au développement de nouveaux photosensibilisants pour la PDT. La PDT est un traitement médical de lutte contre certains types de cancer basé sur l'utilisation combinée d'un photosensibilisant (souvent des dérivés de porphyrine), de l'oxygène et de la lumière. Les effets secondaires et les domaines d'absorption des composés existants, de même qu'une fonctionnalisation spécifique permettant de cibler préférentiellement les cellules tumorales, justifient les travaux qui se poursuivent dans la recherche de nouvelles molécules. Avec l'objectif de vectorisation, nous avons développé la synthèse de porphyrines portant un nombre variable de cycles glucosamine. Différentes approches méthodologiques ont été réalisées, les protocoles de synthèse sont maintenant bien maîtrisés. L'étude photophysique met en évidence la formation d'agrégats, même à faibles concentrations. , Les tests biologiques, en cours, devraient orienter les modifications à apporter.

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Gareton, Vincent. "Contribution à l'acoustique de conduits traités avec un matériau poreux : mesures de constantes élastiques et effets de la température." Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2104.

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Abstract:

Les matériaux poreux (fibreux, mousses plastiques) sont couramment employés dans diverses situations industrielles visant à réduire le niveau sonore de systèmes acoustiques comme les moteurs, les gaines d'aérations, ou les habitacles de véhicules. Ce travail de thèse comporte trois parties distinctes concernant la propagation acoustique et les matériaux poreux. Dans les deux premières parties, l'étude un conduit rectiligne de géométrie 2D traité avec un matériau poreux est exposé. Le matériau poreux est considéré d'abord à structure rigide, la théorie du "fluide équivalent" est alors utilisée. Puis, la structure est considérée souple et la théorie complète de Biot est employée. Afin de déterminer les modes se propageant dans de tels systèmes, les constantes de propagations sont d'abord identifiées dans la limite basse fréquence où la relation de dispersion se simplifie et fait apparaître deux familles de modes différentes liées aux sous-systèmes du conduit. Lorsque le matériau est considéré à structure souple, une famille supplémentaire de mode liée à la nature "solide élastique" du traitement poreux doit être prise en compte. Les différentes solutions sont ensuite suivies numériquement, en incrémentant la fréquence jusqu'à la fréquence désirée, pour générer l'ensemble des modes présents. Une application numérique montre l'intérêt de l'évaluation de l'ensemble des modes spécifiquement pour identifier le mode le moins atténué pour chacune des fréquences considérées. La généralité de la méthode est validée en considérant un conduit à géométrie cylindrique. La troisième partie du travail est consacrée à l'effet de la température sur le comportement acoustique d'un matériau poreux. Une expérience a été mise en place pour mesurer la variation de résistivité au passage en fonction de la variation de température (plusieurs centaines de degrés) d'échantillons de poreux de nature différentes (billes de céramique, laine de roche). Il en résulte que la variation de la viscosité de l'air ne décrit pas complètement la variation de résistivité : une correction est à prendre en compte qui est attribuée à une modification de la géométrie interne du matériau mesuré. Enfin, le dernier chapitre expose une méthode acoustique permettant d'évaluer une constante élastique d'un matériau poreux. L'absorption d'un système constitué d'une plaque rigide imperméable couplée à une large surface de matériau poreux est mesurée à l'aide de la méthode du doublet microphonique. La comparaison avec l'absorption simulée par le logiciel de prédictions acoustiques Maine3A permet l'extraction du module de compression longitudinal. Cette mesure est ensuite comparée celle issue d'une méthode mécanique traditionnelle : le banc de traction/compression. Les résultats montrent un accord satisfaisant pour des matériaux tels que les fibreux. Les limitations de l'expérience dans sa configuration actuelle sont exposées lors des mesures d'un matériau de type mousse plastique.

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Bernet, Thomas. "Structure microscopique et propriétés interfaciales de fluides confinés dans des matériaux poreux de diverses géométries." Thesis, Pau, 2018. http://www.theses.fr/2018PAUU3020.

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Abstract:

L’étude du phénomène d’adsorption peut être réalisée théoriquement dans le cadre de la physique statistique, à l’échelle microscopique, en mettant en jeu une interface entre un fluide et un solide. L’objectif de cette thèse est de proposer une modélisation moléculaire de fluides tels que le méthane, confinés dans des matériaux poreux de géométrie quelconque. Le cadre théorique est ainsi directement développé à l’échelle microscopique et ses résultats sont confrontés à ceux obtenus avec des simulations moléculaires. À l’échelle macroscopique, le formalisme théorique nous permet de retrouver des résultats expérimentaux tels que des isothermes et des chaleurs d’adsorption.Tout d’abord, nous présentons les principaux résultats de la théorie de la fonctionnelle de la densité classique (cDFT), qui permet de formuler les lois de la physique statistique à partir de la densité du fluide en chaque point de l’espace. Cette théorie permet de décrire des fluides inhomogènes, c’est-à-dire des fluides pour lesquels la densité n’est pas constante en tout point de l’espace. Nous devons également considérer une équation d’état moléculaire de référence. Nous choisissons pour cela la théorie statistique des fluides associatifs (SAFT), formulée à partir de l’énergie libre du système. Le potentiel d’interaction d’une molécule telle que le méthane est alors modélisé comme celui d’une sphère dure entourée d’une couronne attractive. Nous décrivons la sphère dure à l’aide de la théorie de la mesure fondamentale (FMT), qui utilise des densités pondérées, c’est-à-dire des fonctions exprimées en un point de l’espace, mais qui dépendent du voisinage immédiat de ce point. Les fonctions pondérées sont nécessaires pour modéliser les fluides inhomogènes confinés à l’échelle microscopique. L’étude menée à partir de la FMT nous a conduit à définir de nouvelles fonctions pondérées, permettant de décrire des fluides de sphères attractives.Dans ce nouveau cadre théorique, il est nécessaire d’utiliser des approximations dans l’écriture de la fonctionnelle d’énergie libre. Nous proposons quatre approches, avec lesquelles nous pouvons prédire la distribution de la densité du fluide dans l’espace. Ces profils étant décrits à l’échelle microscopique, nous avons réalisé des simulations moléculaires de type Monte Carlo pour en évaluer la qualité par comparaison, pour des systèmes définis à potentiel équivalent. Nous retenons alors une des nouvelles formulations décrivant le fluide inhomogène. Puis, nous nous intéressons à la modélisation du solide. De nombreuses approches utilisent des expressions analytiques des densités pondérées, ce qui ne permet d’étudier que des milieux poreux à géométrie simple et idéale. Dans le cadre de cette thèse, nous écartons ce type d’approche et nous proposons de calculer les densités pondérées à l’aide de transformées de Fourier rapides dans un espace à trois dimensions, pour une forme quelconque de pore. La conséquence numérique de cette approche est que l’on considère un espace de calcul discret. Cela demande alors d’utiliser des résultats mathématiques issus de la géométrie discrète, afin de décrire correctement les interactions entre le fluide et une surface solide discrète quelconque.Cette nouvelle combinaison entre la théorie de la fonctionnelle de la densité et la géométrie discrète permet notamment d’étudier l’adsorption de méthane dans des pores cylindriques de silice. Nous réalisons en même temps des mesures expérimentales avec ce système, en nous servant de nouveaux substrats de silice préalablement caractérisés. Nous comparons alors les isothermes et les chaleurs d’adsorption obtenues expérimentalement aux prédictions théoriques, ce qui valide l’ensemble du formalisme de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique, en nous servant de tous les nouveaux développements que nous présentons dans cette thèse, liés à la modélisation du fluide et à la modélisation du solide
The study of adsorption, for systems presenting an interface between a fluid and a solid, can be undertaken theoretically with the statistical physics formalism, at the microscopic scale. The objective of this PhD thesis is to propose a molecular modelling of fluids like methane, confined into porous materials of various geometry. This way, the theoretical framework is directly developed at the microscopic scale and its results are compared with molecular simulations. At the macroscopic scale, the theoretical formalism leads us to obtain the same results than experimental measurements of isotherm and heat of adsorption.First of all, the main results of the classical density functional theory (cDFT) - which gives laws of statistical physics with the fluid density in every point of the space - are presented. Inhomogeneous fluids are thus described with this theory. A molecular equation-of-state has also to be considered as a reference. The statistical associating fluid theory (SAFT), formulated with the free energy of the system has been chosen. Then, the interaction potential of a molecule such as methane is described by a hard-sphere surrounded with an attractive range. The hard-sphere is described with the fundamental-measure theory (FMT), using weighted densities, corresponding to functions defined in a point of the space, but depending on the immediate neighbourhood of this point. Weighted functions are necessary for inhomogeneous fluids modelling confined at the microscopic scale. The study undertaken from the FMT led us to define new weighted functions, allowing us to describe fluids of attractive spheres.With this new theoretical framework, it is necessary to use approximations of the free energy functional. Four different approaches are proposed allowing to predict the spatial distribution of the fluid density. Because these profiles are described at the microscopic scale, Monte Carlo molecular simulations have been performed in order to evaluate their quality by comparison, for systems defined with an equivalent potential. Thereby, one of the new formulations describing the inhomogeneous fluid has been selected for its superiority among the others. Then, special attention has been given to the modelling of the solid. Indeed, most of the existing approaches use analytical expressions of weighted densities to that extent, which limits studies to porous media with simple and ideal geometries. In our work, we exclude this kind of approaches and we propose to compute weighted densities with fast Fourier transforms in a three-dimensional space, for any pore geometry. The consequence of this approach is that a numerical discrete space is considered. This implies the use of mathematical results from discrete geometry, in order to correctly compute interactions between the fluid and any discrete solid surface.This new combination of the density functional theory and discrete geometry has allowed us to study methane adsorption into cylindrical pores of silica. To do so, experimental measurements have been performed on new silica substrates specially synthetized and characterised for this thesis. Theoretical predictions were compared with experimental isotherms and heat of adsorption. It allowed to validate the whole formalism presented in this thesis and developed both for the fluid and the solid modelling from the microscopic to the macroscopic scale

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Lhoste, Jérôme. "Caractérisation structurale, nanostructuration et propriétés d'absorption de matériaux fluorés." Le Mans, 2009. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2009/2009LEMA1025.pdf.

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Abstract:

L'élaboration et la caractérisation de fluorures hybrides et/ou inorganiques à structure ouverte ont été menées dans l'objectif de tester ces matériaux en stockage d’hydrogène. La synthèse solvothermale de fluorures hybrides de titane a conduit à sept fluorotitanates comportant des octaèdres isolés TiF6 et à deux oxyfluorotitanates, bâtis à partir de chaînes ∞(TiOF4) et de feuillets ∞(Ti5O5F12). Deux nouveaux fluorures, constitués de trimères (Cu(pyr)4)•(TiF6)2 et de chaînes ∞[(Cu(en)2)•(TiF6)], ont été identifiés lors de l’exploration de systèmes mixtes Ti-Cu. Les gaps optiques des fluorotitanates, estimés par réflectivité diffuse UV-visible et calculs DFT (density functional theory), ont permis de mettre en évidence une substitution F-/OH-. [Hgua]•(Ti5O5F12) (2D) a montré un comportement photochrome original corrélé à la réduction de TiIV en TiIII. Parallèlement, la préparation de fluorures connus microporeux à surfaces spécifiques élevées a été engagée. Une optimisation par la méthode des plans d'expériences a permis d’aboutir à des solides nanométriques ayant des surfaces spécifiques atteignant 345 g. M-2 pour β-AlF3. Les tests d’adsorption de H2 à 77 K indiquent des capacités relativement modestes pour la variété β-MF3 (Fe,Al). Par contre, une forme amorphe de FeF3 présente des propriétés d’adsorption dignes d’intérêt avec une capacité proche de celles des matériaux de référence
This work, in the area of hydrogen storage, is devoted to the elaboration and characterization of hybrid and inorganic fluorides with open structures. The solvothermal synthesis of hybrid Ti-based fluorides led to seven fluorotitanates with isolated TiF6 octahedra and two oxyfluorotitanates built up from ∞(TiOF4) chains and ∞(Ti5O5F12) layers. Two fluorides with (Cu(pyr)4)•(TiF6)2 trimers and ∞[(Cu(en)2)•(TiF6)] chains were revealed in Ti-Cu systems. The optical gaps of fluorotitanates, estimated from diffuse reflectivity and DFT (density functional theory), demonstrate a F-/OH- substitution. [Hgua]•(Ti5O5F12) (2D) exhibits a photochromic behaviour which is related to the TiIV-TiIII reduction. The synthesis of known microporous fluorides with high surface area was performed. The tuning of the synthesis parameters by using the design of experiments methodology led to nanosized solids with a very high surface area, 345 m2. G-1 for β-AlF3. The measurements of hydrogen adsorption properties at 77K show relatively low capacities for β-MF3 (Fe,Al). At the opposite, amorphous FeF3 presents a significant adsorption capacity which is close to the capacity of the reference materials

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Soubeyrand, Estelle. "Adsorption et séparation de gaz en mode dynamique sur des matériaux hybrides." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4802/document.

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Abstract:

La recapture du dioxyde de carbone est aujourd'hui un défi mondial majeur pour minimiser son impact sur le réchauffement climatique. La capture par adsorption physique pourrait être un procédé viable si le bon adsorbant est trouvé, mais cette capture dans les fumées de combustion impose des contraintes comme les faibles concentrations en CO2 (< 20%), la faible pression totale (1 bar) et la présence éventuelle d'eau. Cette thèse avait pour but l'évaluation de l'impact de la vapeur d'eau lors d'adsorption de CO2 sur des matériaux poreux hybrides, les Metal Organic Frameworks. En premier lieu, ce travail a consisté à étudier l'adsorption de CO2 et de vapeur d'eau séparément sur un grand nombre de MOFs. Une sélection de MOFs, prenant en compte des critères de stabilité et de capacité d'adsorption, a ensuite été effectuée afin d'évaluer l'effet de la vapeur d'eau lors d'adsorption du CO2 sur ces derniers. Un dispositif expérimental a été développé où sont obtenues simultanément des enthalpies d'adsorption et des courbes de percées. Dans nos travaux, nous avons pu établir trois types de comportements en présence de vapeur d'eau :- Négatif/Préjudiciable sur l'adsorption du CO2 : dû à un empoisonnement ou à l'instabilité des matériaux en présence d'eau (cas du HKUST-1). - Neutre : quantités de CO2 captées constantes (cas de l'UiO-66).- Positif : amélioration (cas du MIL-101(Cr)) ou remarquable accroissement d'adsorption de CO2 suite à la pré-adsorption de vapeur d'eau (MIL-100(Fe) & MIL-127(Fe)).Ce travail s'inscrit dans le cadre du 7ieme projet européen Macademia "MOFs as Adsorbents and Catalysts: Discovery and Engineering of Materials for Industrial Applications"
The elimination of carbon dioxide has become a worldwide challenge to minimize its impact on global warming. Capture using physical adsorption is viable as long as the right adsorbent is found. CO2 capture from flue gases poses a number of problems in terms of low CO2 concentration (below 20%), low total pressure, and the eventual presence of water. This study focuses on the impact of water vapour during CO2 adsorption on different porous materials. An experimental device has been developed to assess the impact of water vapour during CO2 adsorption: both the heats of adsorption and the breakthrough curves were obtained. The uptakes of CO2 at 0.2 bar have been studied in porous materials after having been pre-equilibrated under different relative humidity's (3 and 40%). The enthalpies allow a better understanding of the phenomena involved. Several MOFs, like HKUST-1(Cu), UiO-66(Zr), MIL-100(Fe), MIL-101(Cr), MIL-127(Fe) have been compared to a zeolite NaX and an activated carbon Takeda-5A.Three different behaviours are shown: - Where water has a negative impact on CO2 adsorption. This can be due to poisoning or the poor stability of the materials like HKUST-1. - Where water seems to have little effect on CO2 adsorption like case of UiO66. - Where water has a positive effect on CO2 uptake. Slight improvement for MIL-101(Cr) and remarkable enhancement of CO2 uptake through pre-adsorption of water vapor has been highlighted here in two cases: the mesoporous MIL-100(Fe) and the bifunctional MIL-127(Fe).This work is part of the European project FP7 Macademia "MOFs as Adsorbents and Catalysts: Discovery and Engineering of Materials for Industrial Applications"

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Vanson, Jean-Mathieu. "Interdépendence entre géométrie, adsorption et transport dans les matériaux à porosité hiérachique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEE040/document.

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Abstract:

Cette thèse, par une étude combinant modélisation et expériences, s'attache à comprendre l'interdépendance entre porosité, transport et adsorption dans les matériaux poreux hiérarchiques. Le transport et l'adsorption sont simulés dans les matériaux poreux à l'aide d'un modèle de Lattice Boltzmann étendu pour prendre en compte l'adsorption. Ce modèle mésoscopique permet de simuler le comportement d’un fluide présent au sein des pores du matériau ainsi que d'espèces en solution. La synthèse des matériaux poreux hiérarchiques par ice-templating et la caractérisation de la géométrie des échantillons par tomographie aux rayons X a permis de réaliser des simulations sur des géométries réelles. La comparaison des résultats de simulation et des résultats expérimentaux a prouvé la capacité du modèle à reproduire le comportement du fluide et des espèces dans le matériau. Grâce au modèle employé, l'interdépendance entre transport et adsorption a pu être mise en évidence, montrant notamment que le flux de fluide pouvait avoir une influence sur la densité adsorbée. Une étude sur l'influence de la géométrie et de la rugosité sur le couplage entre transport et adsorption a été menée sur des géométries bien caractérisées. Enfin, la modification du modèle de Lattice-Boltzmann pour rendre compte de l'effet d'un pic de traceurs a été développé. Cette modification permet notamment d'observer la cinétique hors régime stationnaire des traceurs dans le matériau et de rendre compte de l'effet du flux sur l'accessibilité des sites d'adsorption
The aim of this work concerns the interplay between porosity, transport and adsorption in hierarchical porous materials. This work combine a simulation and an experimental approach. Transport and adsorption are simulated with a Lattice-Boltzmann model recently extended to take adsorption into account. This mesoscopic model allows to compute fluid and solute behavior in porous materials. The synthesis of hierarchical porous materials using ice-templating and the characterization of materials geometry with X-ray tomography allowed to compute simulations on real materials. The comparison between experimental and simualtion results have proved the efficency of the model to model fluid and species behavior in the materials. Using this model, the interplay between transport and adsorption have been studied highlighting an effect of the fluid flow on adsorbed density. The effect of roughness and material geometry have also been studied. Finally the modification of the modelallows now to simulate the kinematic of a pulse of species. This modification gives a tool to perform simulation in non-steady state flow and evaluate the adsorption site accessibility regarding to the flow field

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De, Oliveira Tiago. "Absorption de produits pharmaceutiques par les organoclays : des matériaux polyvalents pour des applications environnementales." Thesis, Orléans, 2019. http://www.theses.fr/2019ORLE3001.

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Abstract:

L’adsorption sur un substrat représente un moyen simple, efficace et peu couteux pour remédier aux polluants inorganiques et organiques. Les minéraux argileux ont montré par le passé des propriétés d’adsorption exceptionnelles pour de nombreux composés organiques. La modification chimique de leur surface via l’intercalation de surfactant, pour la préparation d’organoclays, permet d’améliorer leurs capacités d’adsorption, en particulier vis-à-vis des composés organiques hydrophobes tels que les produits pharmaceutiques (PPs) qui sont de plus en plus fréquemment retrouvés dans les réseaux d’eaux usées ainsi que les eaux de surface de par leurs fortes consommations et excrétions par la population associées à une inefficacité des systèmes épuratoires conventionnels pour éliminer ces composés. Dans ces travaux, l’adsorption de PPs d’actions thérapeutiques différentes et aux propriétés physico-chimiques variées sur une smectite de référence et des organoclays préparés au moyen de différents surfactants (cationiques et nonioniques) a été étudiée avec une attention particulière sur la détermination des mécanismes d’interactions entre PPs et adsorbants selon diverses conditions expérimentales afin (i) d’évaluer la stabilité des matériaux pour une application en contexte épuratoire et (ii) appréhender le rôle des phases minérales dans le devenir des micropolluants organiques dans le milieu naturel. Les données expérimentales obtenues par un jeu de techniques complémentaire révèlent que les organoclays de manière générale et plus particulièrement ceux préparés avec des surfactants nonioniques semblent être les matériaux les plus polyvalents pour l’adsorption des PPs. Les résultats soulignent également l’importance du milieu hydrophobe généré par l’intercalation de surfactants qui offrent de nouveaux sites d’interaction pour l’adsorption des PPs. Ceci permet de statuer de l’efficacité et du caractère prometteur des organoclays quant à leurs capacités de remédiation des effluents en station d’épuration
Adsorption represents an easy, simple and low-cost way to remove both organic and inorganic pollutants in water. Clay minerals are well known for their outstanding adsorption properties for numerous products. The chemical modification of its surface through the intercalation of surfactants for the preparation of organoclays considerably improves the adsorption properties, in particular for hydrophobic organic compounds such as pharmaceutical products (PPs) which are more and more commonly found in sewage and surface water. In the present contribution, the adsorption PPs with different therapeutic actions and varied physicochemical properties onto clay mineral and organoclay derivatives prepared with different surfactants (cationic and nonionic) has been studied with a particular understanding of the interactional mechanisms of PP with the adsorbents in order to (i) evaluate the stability of materials for an application in purifying context and (ii) to apprehend the role of the mineral phases in the fate of organic micropollutants in the natural environment. The experimental data obtained by a set of complementary techniques reveal that organoclays prepared with nonionic surfactants show a versatility for numerous PPs while the hydrophobic environment generated by the grafting of surfactants with alkyl-chains particularly enhances the adsorption of the organic compounds. The study confirmed the efficiency and the promising remediation behavior of organoclays for wastewater treatment

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Mahieu, Angélique. "Nouveau matériau biodégradable et absorbeur d'oxygène à base d'amidon et de polycaprolactone. Evolution des propriétés en fonction de l'humidité." Rouen, 2013. http://www.theses.fr/2013ROUES003.

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Abstract:

Les propriétés d’une matrice à base d’amidon thermoplastique (TPS) ont été caractérisées, et notamment leurs variations avec l’humidité. Le TPS a été mélangé à du polycaprolactone (PCL) un polyester hydrophobe, pour limiter la sensibilité à l’humidité du matériau. Un PCL de faible masse molaire (37000 g/mol, PCL37) et une vitesse d'extrusion faible favorisent la migration du PCL en surface du film mais le matériau est très hétérogène. Au contraire, avec un PCL de masse molaire plus élevée (50000 g/mol, PCL50) et un cisaillement plus fort, la répartition des deux phases du mélange est fine et homogène. Une inversion de continuité de phase est observée vers 50% de PCL50. Des interactions de type hydrogène entre le PCL et l'amidon ont été mises en évidence. L’ajout de PCL50 limite les variations de la structure cristalline de l’amidon avec l’humidité ainsi que la sorption d’eau de la phase TPS pour les activités de l’eau élevées (> 0. 8). La résistance mécanique des films augmente proportionnellement au taux de PCL. Leur déformation à la rupture est améliorée grâce à l'étirage uniaxial en sortie d’extrudeuse. Une fonctionnalité d'absorption d'oxygène est donnée au matériau par l'ajout de particules actives. Le film contribuera ainsi à allonger la durée de vie des aliments dans le cas d’une utilisation comme emballage alimentaire. Le film contenant 15% d'acide ascorbique et 1. 5% de fer absorbe la quantité d’oxygène voulue en 15 jours à 85% d’humidité relative. La résistance mécanique de ce film est faible mais l'addition de 20% de PCL50 permet de compenser cet inconvénient malgré une absorption d'oxygène ralentie
The properties of a thermoplastic starch matrix (TPS) have been characterized, in particular their variations with humidity. TPS has been mixed with Polycaprolactone (PCL), an hydrophobic polyester, in order to limit the material sensibility to humidity. A PCL of low molar mass (37000 g/mol, PCL37) and a low extrusion speed favor the PCL migration on the film surface but the material is heterogeneous. On the contrary, with a PCL of higher molar mass (50000 g/mol, PCL50) and a higher shearing rate, the repartition of the blend both phases is fine and homogeneous. An inversion of phase continuity is observed near 50% of PCL50. Interactions as hydrogen bonds between PCL and starch have been highlighted. PCL50 addition limits starch crystalline structure variations with humidity as well as water sorption of TPS phase on high water activities (>0. 8). Films mechanical resistance increases in proportion to PCL rate. Their elongation at break is improved thanks to uniaxially orientation at the end of the extruder. An oxygen scavenging capacity is given to these materials by active agent addition. The film will so contribute to prolong the shelf-life of food in the case of a use as food packaging. The film containing 15% of ascorbic acid and 1. 5% of iron absorbs the expected quantity of oxygen in 15 days at 85% relative humidity. This film mechanical resistance is low but the addition of 20% of PCL50 allows compensating this drawback in spite of slower oxygen absorption

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Saad, Rabih. "Adsorption et désorption d'ions phosphate et nitrate par des matériaux mésoporeux à base de silice fonctionnalisés avec des groupements ammonium." Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25747/25747.pdf.

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Thenail, Denis. "Contrôle actif d'impédance et optimisation des performances d'un matériau poreux." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://www.theses.fr/1995ECDL0011.

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Abstract:

Le contrôle actif du bruit, sous sa forme la plus développée, consiste à faire interférer l'onde acoustique indésirable avec une onde secondaire adaptée pour minimiser la pression. Cette méthode de réduction du bruit n'est pas toujours réalisable. Pour un grand volume et en présence d'un champ acoustique incohérent, la seule facon d'affaiblir les niveaux sonores est de contrôler l'impédance de parois afin de réaliser une absorption d'énergie acoustique la plus importante possible. La premiere méthode que nous présentons pour le contrôle de l'impédance consiste à traiter les signaux de pression et de vitesse à proximité de la source secondaire pour réaliser une condition de nonéflexion: l'impédance imposée est alors l'impédance caractéristique de l'air. Cette méthode est testée dans un tube de Kundt et donne d'excellents résultats en très basses fréquences. Le systême est implanté en paroi latérale d'un conduit. L'absorption est alors visualisée grâce à des mesures d'intensité. Nous démontrons également, par l'intermédiaire d'un code de calcul, la nécessité de traiter une surface de dimensions comparables aux longueurs d'ondes en présence. C'est pourquoi une seconde méthode est aussi proposée qui ameliore par contr^ole actif les propriétés absorbantes d'un matériau poreux. Un modèle et des expériences permettent de montrer que le contrôle d'impédance peut se simplifier, pour ne plus porter que sur la pression acoustique à l'arrière du matériau. L'absorption acoustique active peut alorsêtre développée de façon extensive à un coût plus compatible avec une utilisation en situation réelle
In its most developed version, active control of sound aims to create a cancelling secondary acoustic wave, which destructively interferes with the undesired noise. The performance of this noise reduction strategy is limited by the coherance level of the acoustic field, and by the volume of the zone to be made quiet. For a "large" system, in the presence of an incoherent field, the only potentially effective method to achieve a global noise reduction is to control the acoustic impedance at the walls, and hence to maximize acoustic absorption. Our first method for the active controL of acoustic impedance consists of processing the acoustic pressure and velocity informations close to the control actuator, in order to match the impedance with that of the air. In a KUndt's tube, this method works best for very low frequency excitations. Then, the active absorber is implemented along the lateral wall of a duct. The intensity measurements taken do show the absorption by the control speaker. It is shown through numerical calculations, that sound absorption has to be performed over an extensive area of the surface, as compared to the acoustic wavelenghts in the system. Therefore, we present a second method, which uses active control means to improve the acoustic absorption by a porous layer. We demonstrate through a model and experiments, that the impedance control can be reduced to a simpler acoustic pressure control at the rear face of the absorbent material. Thus, we can consider an extensive application of active absorption of sound at lower cost, a necessary constraint for practical applications

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Grigorova, Eli. "Préparation et caractérisation de matériaux composites à base de magnésium et de Mg2Ni : application pour le stockage de l'hydrogène." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR12961.

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Parmi les métaux et les intermétalliques pour le stockage de l'hydrogène le magnésium a la plus grande capacité massique, i. E. 7,6%. L'objet de cette thèse est l'étude des propriétés de sorption de l'hydrogène par des composites à base de Mg et/ou Mg2Ni préparés par broyage planétaire. L'influence de la substitution (telle que Mg2Ni1-xMx) et/ou des ajouts de métaux 3d (V, Fe et Co) et de non métaux (graphite) sur ces propriétés est étudiée. Les résultats obtenus montrent que quelque soit le matériau ou le mélange étudié, le broyage planétaire sous atmosphère d'argon ou d'hydrogène permet d'améliorer les cinétiques de sorption. Les échantillons contenant Mg2Ni1-xMx ont une capacité d'absorption élevée même à température moins de 3000C. Les procès d'absorption et de désorption pour tous les composites à base de Mg est plus rapides que dans le cas du Mg pur. Le broyage sous hydrogène notamment dans le cas des mélanges 90% Mg2Ni + 10%V(C) conduit à une amélioration de la désorption par rapport aux mélanges broyés sous argon.

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Déroche, Irena. "Adsorption et diffusion de CO2 et CH4 dans les matériaux zéolithiques : simulations quantique et classique comparées à l'expérience." Aix-Marseille 1, 2008. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2008AIX11053.pdf.

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Les propriétés d’adsorption et de diffusion de deux principaux gaz à effet de serre (CO2 et CH4) dans deux matériaux zéolithiques : la SAPO STA-7 et la Faujasite Y ont été étudié en faisant appel aux techniques de simulation classique, combinées aux outils expérimentaux de Microcalorimétrie/Volumétrie ainsi que la Diffusion Quasi-Elastique des Neutrons. La première phase de ce travail a consisté à étudier les propriétés structurales de la SAPO STA-7 afin de construire un modèle du matériau proche de la réalité. Par ailleurs, les interactions entre les molécules gazeuses et les sites d’adsorption ont été décrites par des techniques de simulation quantique. Par la suite, la simulation Monte Carlo dans l’ensemble Grand Canonique nous a permis d’extraire directement des isothermes d’adsorption ainsi que des valeurs d’enthalpie différentielle d’adsorption. Un bon accord entre l’ensemble des résultats obtenu par la simulation et les résultats expérimentaux nous a permis de valider notre approche et par la suite de proposer des mécanismes microscopiques d’adsorption des deux gaz au sein des matériaux étudiés. Finalement, grâce à la technique de la Dynamique Moléculaire nous avons pu explorer les propriétés dynamiques des systèmes étudiés et extraire des coefficients de diffusion ainsi que des énergies d’activation ; directement comparables avec des résultats expérimentaux
The adsorption and diffusion properties of the main greenhouse gases (CO2 and CH4) within the zeolites SAPO STA-7 and the Y Faujasite have been investigated using the classical simulation techniques combined with the experimental tools of Microcalorimetry/Volumetry and Quasi Elastic Neutron Scattering. In a first step, the structural properties of the SAPO STA-7 zeolite have been studied in order to build a reliable model of the material. The interaction between the gaseous molecules and the adsorption active sites have been described using the quantum simulation techniques. Furthermore, the Monte Carlo simulation within the Grand Canonical ensemble allowed us to to extract directly such informations as the adsorption isotherms as well as the differential enthalpies and both have been compared with the experimentally available results. A good agreement between simulated and experimentally measured data allowed us to explain the different microscopic mechanism of adsorption of both of the investigated gases within the studied zeolitic materials. Finally, using the Molecuar Dynamics technique, we could explore the dynamical properties of the investigated systems and this way derive the values of the diffusion coefficients as well as the activation energies, values directly comparable with outcomes obtained by experimental technique Quasi Elastique Neutron Scattering

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Moro, Solenn. "Elaboration de matériaux poreux par agrégation et consolidation de suspensions de silices hydrophobées." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00952817.

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Nous présentons la synthèse de matériaux poreux par agrégation et consolidation de nanoparticules de silice en milieu aqueux, suivies d'une étape de séchage au cours de laquelle le réseau silicique est soumis aux forces capillaires. L'effondrement des structures formées, évalué par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et par porosimétrie au mercure, nous a permis de caractériser la résistance du réseau poreux face aux pressions exercées durant le séchage. Dans un premier temps, l'agrégation a été déclenchée en milieu aqueux par hydrophobisation des particules de silice à l'aide d'alkylalcoxysilanes. Il en résulte, avec l'augmentation de la densité de greffage, le passage d'un système dispersé où la densité après séchage est maximale à un assemblage de structures fractales dont les défauts d'empilements laissent place à une porosité croissante. Dans un second temps, l'agglomération des pré-agrégats hydrophobes, par modification du pH et de la force ionique ou par ajout de floculants (cations Ca2+, poly(oxyde d'éthylène)) a été envisagée afin de former des structures de plus faible dimension fractale en suspension. Il est montré que la nature des contacts entre les particules élémentaires influence les réarrangements sous contrainte et donc la porosité résiduelle. Par ailleurs, une étape supplémentaire de consolidation, à pH basique et température élevée, a été mise en œuvre afin de fusionner les particules entre elles de façon irréversible par un mécanisme de dissolution-reprécipitation. Le but poursuivi est de bloquer efficacement l'effondrement. Enfin, l'hydrophobisation des silices, choisie comme voie de déstabilisation des particules en milieu aqueux, permet également d'apporter un caractère hydrofuge aux matériaux séchés. De fait, nous avons constaté une inhibition de la condensation capillaire dès 1 greffon par nm² pour les différents précurseurs envisagés.

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Kehal, Mohamed. "Elaboration et utilisation de matériaux fonctionnalisés pour l'élimination du bore des eaux potables." Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS032.

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Abstract:

Des aluminosilicates lamellaires comme la vermiculite (Palabora, Afrique du Sud), ainsi que des aluminosilicates amorphes poreux synthétiques de type allophane ont été utilisés pour l'élimination du bore de solutions aqueuses faiblement polluées ([B]=5 mg. Lˉ¹). Le bore se fixe sur les fonctions hydroxyles présentes sur les bords de feuillets des aluminosilicates (S-OH) par la formation de complexes. Pour tous les substrats, « l'adsorption » maximale se produit à un pH proche de la valeur du pKa de l'acide borique (9,2). L'adsorption du bore s'avère globalement irréversible (seulement 10% du bore peut être désorbé en milieu acide). Les supports argileux ont été testés sous leurs formes brutes, modifiées par exfoliation, par greffage de la N-méthyl-D-glucamine (complexant spécifique du bore), ou par des traitements -ultrasonores. Un complexant spécifique du bore (Ia N- methyl-D-glucamine) a été greffé sur la vermiculite exfoliée par une substitution nucléophile de la molécule sur des fonctions de surface chlorées (chloration par SOCI2). La réaction réalisée classiquement sous reflux peut être accélérée par l'utilisation d'un réacteur micro-ondes. Le greffage de la molécule a été mis en évidence par spectrométrie InfraRouge. Pour le composé fonctionnalisé, outre le fait que le taux d'adsorption du bore est important sur une vaste gamme de pH (3
Boron is a micronutrient element for plants, animals and human being, which content in drinkable water advised by the European Union is only 1 mg/L (0. 3 mg/L is recommended by the World Health Organization). Presently, the use of chelating polymer (" Amberlite") resins functionalized by N-methyl-D-glucamine (NMDG : CH3NHCH2(CHOH)4CH2OH) is the only industrial effective method for the removal of boron from water. Surface groups of the layers edges of the lamellar aluminosilicates (aluminol or silanol) are known to be potential sites of complexation of boron. Boron trapping materials based on vermiculites or allophanes were prepared by two ways : 1/ the exfoliation-chemical treatment of clays in order to develop active adsorption sites 2/ the grafting of NMDG (selective boron complexant) on the S-OH surface groups of clays. The vermiculite (fine grade-Palabora) was modified by heat exfoliation, chemical exfoliation (with H2O2) and/or sonification. The adsorption properties of boron were determined as a function of time (kinetic), pH, weight of adsorbant, and boron concentrations (isotherms). The boron uptake is correlated to the amount of active sites (estimated from acido-basic titrations) depending on the size of particles (measured by Scanning electron Microscopy, light diffusion and X-ray diffraction) and the chemical treatment. In the best boron adsorbant obtained by sonification with H2O2 (at 20 kHz); the concentration of active sites is ten times the one of raw vermiculite (0. 015 mmole. Gˉ¹). The complexation reaction of boron gives the release of protons hindering the adsorption at low concentration (such as 5 ppm). New effective adsorbants have been synthesized by functionalization of vermiculite (or allophanes) by NMDG. The Infra-Red spectroscopy characterizations have proved the grafting of NMDG on the S-OH groups. The boron adsorption on the grafted aluminosilicates becomes efficient in an extended range of pH (3≤pH≤9,5), ) reaching four times order the trapping uptake of raw vermiculite. Desorption of boron can be carried out only in acidic conditions (1M HNO3)

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Amiot, Marion. "Mise en œuvre et étude de structures de nontissés et de composites poreux multifonctionnels en para-aramide : absorption acoustique et résistance à l’impact." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10047.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est l’élaboration de matériaux fibreux destinés à être utilisés en matériau d’âme dans des structures sandwiches. Les principales applications visées sont l’absorption acoustique et la résistance à l’impact. Nous avons ainsi développé des nontissés épais (environ 10 mm) en para-aramide, ayant une porosité supérieure à 90% et des densités inférieures à 150 kg/m3. Nous avons fabriqué des composites poreux à base de ces nontissés en utilisant diverses résines, dont l’époxy. La technique utilisée permet de conserver une porosité autour de 80%. Nous nous sommes intéressés à l’architecture interne poreuse des nontissés en étudiant les tailles de pores équivalents, l’isotropie, la distribution/orientation des fibres et leur degré d’enchevêtrement à l’aide de tests expérimentaux (perméabilité ; traction/compression ; capillarité ; porométrie) et de modèles théoriques (perméabilité et van Wyk). Nous avons relié les paramètres structurels aux paramètres de procédé de fabrication. Les résultats en acoustique ont démontré le bon pouvoir absorbant des nontissés au-delà de 4000 Hz. Nous avons lié avec succès l’épaisseur, la résistivité au passage de l’air et les tailles de pore obtenus par capillarité, aux propriétés acoustiques via le modèle de Delany et Bazley et le modèle de Johnson et Allard. Nous avons évalué à travers des tests de compression la capacité des matériaux fibreux à absorber et à dissiper de l’énergie : les mécanismes mis en jeu sont les frottement/rupture de fibres et la déformation de la structure. Enfin, les tests à l’impact de nontissés et de composites ont montré un réel potentiel des nontissés au cœur de sandwichs pour amortir l’impact
The aim of this thesis is to develop fibrous structures in view of using them as core material in sandwich structures, for impact resistance and acoustic applications. Thick para-aramid nonwovens have hence been manufactured, with porosities above 90% and densities below 150 kg/m3. Their thickness was around 10 mm. Porous composites have been obtained from these nonwovens, using various resins (namely epoxy), and with a technique that allows to keep a high porosity level of 80% in the final structure.The internal porous architecture has been studied through different methods and parameters: the equivalent pore sizes, the isotropy, the fibre distribution/orientation and the degree of fibre entanglements have been evaluated with different experimental techniques (air permeability; tensile/compression tests; capillarity; porometry) and using theoretical models (permeability, van Wyk). The structural parameters have been related to the process parameters. The acoustic measurements have shown that our nonwovens were good acoustic absorbers at frequencies above 4000 Hz. The use of two models, Delany and Bazley, and Jonhson and Allard, has shown that the acoustic absorption behaviour can be modelled with the material characteristics (thickness, resistivity and an equivalent pore diameter). The capacity of our materials to absorb and dissipate energy has been evaluated with compression testing. The main mechanisms involved are fibre friction, fibre breakage and structure deformation. Finally, the impact tests performed on nonwovens and their composites have demonstrated the real potential of nonwovens to be used at the core of sandwiches to absorb impact

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