Dissertations / Theses on the topic 'Thermo-Rhéologie'

Les matériaux composites constitués de résines cyanates esters et plus particulièrement les résines phénoliques triazines PT15 et PT30 ont été sélectionnés pour remplacer des pièces structurales métalliques aéronautiques sollicitées à des températures de 200 à 300°C. Ces résines présentent à la fois une température de transition vitreuse élevée supérieure à 300°C et une faible viscosité pour une température de mise en œuvre à 80°C adaptée au procédé Resin Transfert Molding (RTM). Les objectifs de cette thèse sont d’une part de comprendre le comportement de ces résines durant leur mise en œuvre et leur polymérisation et d’autre part d’étudier la durabilité de ces résines à partir d’études de vieillissement thermo-oxydatif à des températures proches des températures d’utilisation. La caractérisation physico-chimique des résines PT15 et PT30 à l’état de réception a d’abord montré que ces deux grades sont constitués d’oligomères de même composition chimique, de même configuration spatiale mais de distributions de masses molaires différentes. La présence de cycles triazines dans la résine PT30 indique un état de « pré-réticulation » qui n’est pas décelable pour la résine PT15. Ces différences vont avoir une incidence sur la cinétique de la réaction de réticulation des deux résines et vont favoriser un mécanisme autocatalytique pour le grade PT30. Après optimisation d’un cycle de cuisson, ces deux grades présentent une différence de température de transition vitreuse de 70°C. Parmi les différentes techniques d’analyse expérimentées, ce sont les études rhéologiques au cours de la réticulation qui vont permettre de comprendre les différences de structuration des réseaux et de mettre en avant la formation d’un réseau intermédiaire qui relaxe à plus basse température pour la PT15. Cette différence d’organisation est l’élément clé qui permet de comprendre les différences de stabilités thermiques évaluées lors de vieillissement thermo-oxydatif
Composite materials made of cyanate ester resins and in particular phenolic triazine resins such as PT15 and PT30 are selected to replace structural metal parts in aircraft at operating temperatures between 200 and 300°C. The main advantages of these resins are their high glass transition temperature, above 300°C, and their low viscosity at 80°C make them suitable for Resin Transfert Molding (RTM) process. The main goals of this work are to understand the resins’ behavior during crosslinking and then to study their durability through thermo-oxidative aging at operating temperatures. Physico-chemical characterizations of PT15 and PT30 resins at their initial state showed a similar chemical composition and spatial configuration but a different molar mass distribution. Triazine rings have only been detected in PT30 only, indicating a “pre-cured” state. These differences have consequences on the crosslinking kinetics and promote an autocatalytic mechanism for PT30. After cure optimization, PT15 has a glass transition temperature 70°C lower than the one of PT30. Among different analysis techniques, the rheological study during crosslinking provided an understanding of the networks’ structuration dissimilarities between the two grades, highlighting the formation of an intermediate structure which relaxes at lower temperatures in PT15. This different networks’ organization is the key element to understand dissimilar thermal stabilities analyzed during thermo-oxidative aging

Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en deux dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine (appelé " faux-mannequin ") admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème thermique est résolu numériquement en variable enthalpie. Le problème mécanique est abordé selon une approche monophasique ; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas, qualitativement avec une étude de gonflement sur la machine de Dunkerque et quantitativement sur des calculs en lingotière, en comparant contraintes et lame d'aire avec des travaux de la littérature
In this work, we introduce a thermo-mechanical model of the steel continuous casting process, in two dimensions. With our approach, it is possible to obtain thermo-mechanical steady-state solution of the process, for the whole product. The thermo-mechanical history of the product can thus be deduced, by viewing the stress and temperature fields, for instance. One of the expected results deals with the bulging between rolls, which is known to give birth to segregation phenomena. We base our study on the global non steady-state strategy using a Lagrangian approach. The flow of matter in the studied domain is simulated through one injection tool located in the upper face of the domain. The lower face is supposed to be driven down at the starting block velocity. Thus the matter is led throughout the CC machine. Concerning the model, non-steady thermo-mechanical conservation equations are solved. The thermal problem is for the enthalpy variable. The approach to the mechanical problem is of monophasic type (velocity and pressure are the unknows). In our approach, natural convection and macrosegregation are neglected. Solid, mushy and liquid states obey respectively to elasto-viscoplastic, viscoplastic and Newtonian behaviours. The rheology of the solid state is calculated thanks laws from the litterature. The liquid and mushy states are modelled with high consistencies so that natural convection may be neglected. These developments have been validated on industrial cases, showing a good qualitative and quantitative agreement

Le contrôle de la viscosité des lubrifiants moteur est un enjeu clé dans la réduction de la consommation en carburant des moteurs thermiques. Une nouvelle approche basée sur l’utilisation de polymères thermo-associatifs a été développée pour diminuer la perte de viscosité naturelle des lubrifiants avec la température. Pour ce faire, des polymères complémentaires de faibles masses molaires (pour l’application moteur visée) qui peuvent s’associer réversiblement via la réaction d’échange diol-ester boronique lorsque la température augmente ont été conçus et synthétisés. Les faibles masses molaires des polymères et le caractère dynamique de la liaison ester boronique permettent de diminuer la sensibilité de ces systèmes aux forts cisaillements présents dans le moteur, en limitant notamment la rhéofluidification de ces lubrifiants. L’association des polymères est provoquée par l’augmentation d’accessibilité des fonctions portées par les polymères avec la température. L’association réversible des polymères thermo-associatifs a été mise en évidence dans les huiles apolaires par l’augmentation de la viscosité relative des solutions avec la température sur plusieurs cycles de chauffage-refroidissement. Une partie de l’étude a été consacrée à l’amélioration de la stabilité thermique des polymères dans le but de maintenir les bonnes propriétés lubrifiantes des formulations jusqu’à 150°C. Un grand nombre de polymères de natures, de tailles et d’architectures différentes ont été synthétisés. L’étude rhéologique en écoulement de ces polymères seuls et en formulations thermo-associatives a permis de mettre en évidence l’importance de ces différents leviers pour faire varier et contrôler les propriétés des solutions en fonction de la température
Controlling the viscosity of engine lubricants is a key issue to reduce the fuel consumption of engines. A new approach based on the use of thermo-associative polymers has been developed in order to compensate the natural loss of viscosity of lubricants when the temperature increases. To this aim, complementary low molecular weight polymers (for engine targeted application) that can reversibly associate with temperature through the diol-boronic ester exchange reaction have been designed and synthesized. The low molecular weights of the polymers and the dynamic behavior of the boronic ester bond decrease the high shear sensitivity of the system and so limits the shear-thinning behavior of the lubricant. The increase of polymeric function availability as the temperature rises induces polymer association. The reversibility of the thermo-associative association of polymers in non polar oil is seen over several cycles of warming-cooling with the increase of the relative viscosity of the solutions with increasing temperature. Part of the study was also dedicated to the improvement of polymers’ thermal stability in order to maintain the good lubricant properties of the thermo-associative formulations up to 150°C. Many polymers of different natures, sizes and topologies have been synthesized. The flow behavior of these polymers in both individual state in solution or in thermo-associative formulations was studied by rheology, thus enabling to determine the impact of these levers on the solutions properties as a function of temperature

Le contrôle de la viscosité des lubrifiants moteur est un enjeu clé dans la réduction de la consommation en carburant des moteurs thermiques. Une nouvelle approche basée sur l’utilisation de polymères thermo-associatifs a été développée pour diminuer la perte de viscosité naturelle des lubrifiants avec la température. Pour ce faire, des polymères complémentaires de faibles masses molaires (pour l’application moteur visée) qui peuvent s’associer réversiblement via la réaction d’échange diol-ester boronique lorsque la température augmente ont été conçus et synthétisés. Les faibles masses molaires des polymères et le caractère dynamique de la liaison ester boronique permettent de diminuer la sensibilité de ces systèmes aux forts cisaillements présents dans le moteur, en limitant notamment la rhéofluidification de ces lubrifiants. L’association des polymères est provoquée par l’augmentation d’accessibilité des fonctions portées par les polymères avec la température. L’association réversible des polymères thermo-associatifs a été mise en évidence dans les huiles apolaires par l’augmentation de la viscosité relative des solutions avec la température sur plusieurs cycles de chauffage-refroidissement. Une partie de l’étude a été consacrée à l’amélioration de la stabilité thermique des polymères dans le but de maintenir les bonnes propriétés lubrifiantes des formulations jusqu’à 150°C. Un grand nombre de polymères de natures, de tailles et d’architectures différentes ont été synthétisés. L’étude rhéologique en écoulement de ces polymères seuls et en formulations thermo-associatives a permis de mettre en évidence l’importance de ces différents leviers pour faire varier et contrôler les propriétés des solutions en fonction de la température
Controlling the viscosity of engine lubricants is a key issue to reduce the fuel consumption of engines. A new approach based on the use of thermo-associative polymers has been developed in order to compensate the natural loss of viscosity of lubricants when the temperature increases. To this aim, complementary low molecular weight polymers (for engine targeted application) that can reversibly associate with temperature through the diol-boronic ester exchange reaction have been designed and synthesized. The low molecular weights of the polymers and the dynamic behavior of the boronic ester bond decrease the high shear sensitivity of the system and so limits the shear-thinning behavior of the lubricant. The increase of polymeric function availability as the temperature rises induces polymer association. The reversibility of the thermo-associative association of polymers in non polar oil is seen over several cycles of warming-cooling with the increase of the relative viscosity of the solutions with increasing temperature. Part of the study was also dedicated to the improvement of polymers’ thermal stability in order to maintain the good lubricant properties of the thermo-associative formulations up to 150°C. Many polymers of different natures, sizes and topologies have been synthesized. The flow behavior of these polymers in both individual state in solution or in thermo-associative formulations was studied by rheology, thus enabling to determine the impact of these levers on the solutions properties as a function of temperature

La localisation de la déformation est un facteur essentiel à l’existence de la tectonique des plaques. Cependant, elle est le résultat d’interactions non-linéaires qui relient entre elles différentes échelles spatiales et temporelles que nous ne savons pas encore capturer dans un modèle rhéologique unique. Ce travail de thèse tente de combler en partie la fracture entre l’échelle pétrologique et celle de la mécanique à l’échelle crustale. Il cherche ainsi à mesurer l’impact des circulations de fluides sur la dynamique et la cinématique des dômes métamorphiques continentaux par le biais de modèles numériques d’échelle crus- tale. Pour répondre à cette question, nous avons cherché à établir un modèle empirique des écoulements de fluide et des interactions fluide-roche valide à l’échelle de la croûte. A cette échelle, il est important de capturer d’une part l’effet des circulations de fluides sur la densité qui détermine les forces de volume disponibles comme moteur de l’exhumation, mais aussi leur capacité à limiter ou accélérer la chute de résistance des bandes de cisaillement qui déterminent les forces de surface ralentissant l’exhumation. Ce modèle empirique est basé sur une observation au premier ordre du comportement métamorphique des roches le long d’un trajet P − T rétrograde : les roches métamorphiques de haut-grade (faciès amphibolite/granulite) sont exhumées vers la surface sans se rétromorphoser, excepté dans les zones où la déformation est localisée. Ce travail consiste donc à paramétrer cette observation de manière à pouvoir l’implémenter dans un code explicite thermomécanique 2D par le biais d’un couplage hydro-thermo-mécanique prenant en compte les échanges d’eau libre/eau liée avec la roche. Il introduit aussi la prise en compte simplifiée de l’hydrothermalisme lors de l’exhumation. Les résultats montrent que cette paramétrisation permet de mieux rendre compte des observations de terrain dans une gamme de paramètres validée par les mesures de laboratoire. Les résultats obtenus en limitant la rétromorphose des roches par la disponibilité de l’eau sont significativement différents de ceux obtenus dans les études publiées qui ne prenaient pas en compte ce paramètre. La thèse démontre notamment qu’il n’y a pas besoin d’hétérogénéités préexistantes pour obtenir des dômes asymétriques. Elle montre aussi que la chimie initiale de la roche peut exacerber ou diminuer la localisation de la déformation liée à la rétromorphose limitée par l’eau et contrôler ainsi la forme des dômes métamorphiques
Strain localization is essential to the existence of plate tectonic on Earth. Yet, it is the result of non-linear interaction across several temporal and spatial scales and to date no unique rheological model exists that captures the effect of all these interactions at crustal scale. The work presented here is an attempt to fill part of the gap between out- crop scale and crustal scale models, between petrological scale and crustal scale. The central question is how to measure the effects of fluids and fluid-rock interactions on the dynamics and the kinematics of continental metamorphic core complexes by the mean of crustal scale numerical models. To answer this question, we have tried to esta- blish an empirical model of fluid flow and fluid-rock interaction, which could be valid at the scale of the crust. At that specific scale, it is important to capture the effects of free fluids both on the density of rocks, because it determines the body forces that are driving the exhumation of the crust, and on the strength of rocks and particularly on shear zones which constitute the ’hand-break’, the surface tractions, which resist this exhumation. This empirical model is based on a first order observation related to the behaviour of metamorphic rocks along the retrograde P − T path of their exhumation. High-grade metamorphic rocks (amphibolite/granulite) are indeed exhumed to the sur- face with very little retromorphose except those located within the shear bands where deformation localises. This works first consisted in parameterising this observation in a manner that could be implemented into a 2D thermo-mechanical code as an hydro- thermo-mechanical coupling which could account for free-water/rock-water exchange. In second part, a simplified scheme is introduced to account for hydrothermal cooling of the crust in the late stage of exhumation. The results show that this parameterization al- lows to better account for field observation in a range of parameters that are compatible with laboratory experiments. Limiting the retromorphose of rocks by the availability of free water is shown to produce significantly different metamorphic domes kinematics as compared to prior studies. We indeed demonstrate that it is not necessary to introduce heterogeneity in crustal composition to form asymmetric structures but that the effect of water is modulated by the chemistry of the protolith rocks which influences strain localization

Le besoin en traitement des eaux usées par la société est assurée en usine d’épuration par des traitements menant à la production de boues. Afin d’anticiper l’augmentation de ce besoin à l’avenir, les filières de traitement de ces boues doivent atteindre une certaine efficacité, en termes de traitement et de valorisation des boues. Parmi ces filières, le procédé de méthanisation permet de réduire significativement le volume des boues générées et permet par la suite une valorisation agronomique et énergétique, sous forme de digestat, de biogaz, d’électricité ou de chaleur. Il est néanmoins limité par un contrôle inefficace du transport des boues digérées en son sein, du fait de la méconnaissance de la thermo-rhéologie, en termes de connaissances et de méthodes de caractérisation et en termes d’hydrodynamique en conduite de ces boues très diverses. Cela se manifeste opérationnellement, en aval de la phase de dimensionnement et de conception, lors de l’opération par des pompages inefficaces, des hétérogénéités de la matrice ou des colmatages de composants.C’est dans cette optique d’apport des éléments scientifiques, de la caractérisation thermo-rhéologique des boues digérées d’une part et de la mise en évidence de l’hydrodynamique en conduite de ces fluides d’autre part, que le travail de recherche mené dans le cadre de cette thèse s’inscrit.Premièrement, des protocoles dédiés à caractériser spécifiquement chaque comportement non-newtonien sont établis pour cela. L’application de ces protocoles, au centre de recherche Energie Environnement de l’IMT Nord Europe et sur la plateforme Caractérisation du partenaire industriel, montre que les caractéristiques thermo-rhéologiques des boues digérées sont fidèlement modélisées par un modèle d’Herschel-Bulkley non modifié. En effet, la contrainte seuil et la rhéofluidification sont significativement pré-pondérantes devant les autres caractéristiques thermo-rhéologiques de thixotropie, de visco-élasticité et de thermo-dépendance. Le phénomène physique non anticipé de glissement aux parois est observé sur ces boues digérées, menant à une hydrodynamique hétérogène de l’écoulement en conduite de faible inertie et de faible rugosité des parois.Deuxièmement, un dispositif expérimental dédié à l’étude de l’écoulement en conduite de tels fluides est mis en place en vue de déterminer leurs comportements hydrodynamiques. Il permet de démontrer, à l’aide de fluides de travail (solution s de Carbopol), que ces fluides suivent une transition rhéo-inertielles (RIT) vers la turbulence. Cette transition se distingue par l’existence d’un régime de pré-transition, inexistant pour un fluide newtonien, au sein duquel l’écoulement présente une asymétrie, qui est observée par visualisation directe. Ces visualisations, couplées à la mesure des pertes de charges, permettent de quantifier l’intermittence de la RIT à partir des structures turbulents visualisées. Cela permet de contrôler le mouvement de tels fluides par la connaissance de la stabilisation de leurs écoulements et de l’augmentation du temps de séjour des structures turbulentes, du fait des caractéristiques non-newtoniennes (sans visco-élasticité).Ainsi, ce manuscrit synthétise les éléments scientifiques développés dans le cadre de cette thèse pour répondre aux problématiques opérationnelles rencontrées. Les verrous découlant du mande de connaissances fondamentales de la thermo-rhéologie et de l’hydrodynamique des boues qui y circule, l’étude axe sa recherche sur ces deux domaines pour apporter les fondamentaux qui pourront permettre l’amélioration de la maîtrise du transport des boues au sein du procédé de méthanisation en usine d’épuration
The society’s wastewater treatment needs are met by waste water treatment plants that produce sludges. In order to anticipate the increase in this requirement in the future, the sludge treatment processes must achieve a certain level of efficiency in terms of sludge treatment and recovery. The anaerobic digestion process significantly reduces the volume of sludge generated and can the be used for agricultural and energy purposes, in the form of digestate, biogas, electricity or heat. It is nevertheless limited by ineffective control of the transport of digested sludge within it, due to a lack of knowledge of thermo-rheology, in terms of understanding and characterisation methods, and of the hydrodynamics involved in handling these very diverse sludges. This manifests itself operationally, downstream of the sizing and design phase, in inefficient pumping, matrix heterogeneity or component clogging.It is in this context of providing scientific elements, on the one hand of the therm-rheological characerisation of digested sludge and on the other hand of the demonstration of the hydrodynamics of these fluids in operation, that the research work carried out within the framework of this thesis falls within the scope of.Firstly, protocols dedicated to the specific characterisation of each non-Newtonian behaviour have been established. The application of these protocols, at the ITM Nord Europe – Energy Environment research centre and on the industrial partner’s Characterisation plateform, shows that the thermo-rheological characteristics of digested sludge are accurately modelled by a non-modified Herschel-Bulkley model. Yield stress and shear-thinning are significantly more important than the other thermo-rheological characteristics of thixotropy, viscoelasticity and thermo-dependence. The unanticipated physical phenomon of wall slip is observed in these digested sludges, leading to heterogeneous flow hydrodynamics under conditions of low inertia and loaw wall roughness.Secondly, an experimental set-up dedicated to studying the flow of such fluids in pipe is being set up, with a visualisation to determining their hydrodynamic behaviour. Using working fluids (Carbopol solutions), it was demonstrated that these fluids undergo a rheo-inertial transition (RIT) towards turbulence. This transition is characterised by the existence of a pre-transition regime, non-existent for a Newtonian fluid, within which the flow exibits an asymmetry, which is observed by direct visualisation. These visualisations, coupled with the measurement of pressure drops, also make it possible to quantify the intermittency of the RIT on the basis of the turbulent structures visualised. This makes it possible to control the movement of such fluids through knowledge of the stabilisation of their flows and the increase in the residence time of turbulent structures, due to the non-Newtonian characteristics without viscoelasticity.Thus, this thesis manuscipt summarises the scientific elements developed within the framework of this thesis to respond to the problems of the operational obstacles encountered. As these problems stem from a lack of fundamental knowledge of the thermo-rheology and hydrodynamics of the sludge that flows through it, the study focuses its research on these two areas in order to provide the fundamentals that will make it possible to improve the control of sludge transport within the anaerobic digestion process in wastewater treatment plants

Les zones de convergence sont des objets clés à la compréhension de la dynamique de la lithosphère. Elles sont le siège de déformations majeures comme en témoignent la concentration et l’intensité des séismes qui leur sont associées. A plus grande échelle de temps et d'espace, ces déformations résultent généralement en un empilement d’unités dont l’étude offre l'accès aux différents niveaux structuraux mis en jeu dans l'organisation de la chaîne de montagnes. Caractériser précisément la dynamique de structuration de ces unités ainsi que les paramètres contrôlant cette dynamique constitue une étape cruciale permettant d’aller plus loin, notamment quantitativement, dans notre connaissance de la dynamique lithosphérique. Cette thèse a comme double objectif (1) de préciser le comportement rhéologique des roches aux conditions Pressions-Température P-T du faciès éclogitique au sein de l' interface de subduction et (2) de caractériser et quantifier l' influence de la rhéologie de la plaque supérieure, et plus spécifiquement, le rôle de sa partie crustale, sur l'évolution spatio-temporelle des zones de convergence. Pour cela, une approche multi-disciplinaire a été utilisée. Dans un premier temps, je présente une analyse multi-échelle couplant travail de terrain et de pétrologie métamorphique qui a permis d'étudier la déformation au sein de roches HP-BT à l' interface de subduction au niveau de la klippe du Mont-Emilius (Alpes occidentales, Italie). Je détaille ensuite une étude quantitative alliant modélisation numérique thermo-mécanique 3D et 2D de zones de convergence. L'ensemble des modèles a permis d'analyser de nombreux paramètres influençant la structure rhéologique de la plaque supérieure tels que le géotherme initial, l'épaisseur de la lithosphère et de la croûte et la nature des matériaux impliqués. L'ensemble des modèles réalisés sont contraints/confrontés par/aux des données issues d'exemples naturels. Les résultats de l'étude sur des roches déformées au sein de l’interface de subduction mettent en évidence le possible comportement cassant des roches à des conditions de pression et température de l'ordre de 2.15-2.40 GPa, 500-550 °C, i.e., dans le faciès éclogitique. L’enregistrement d’un tel mode de déformation est d'une importance capitale car il remet en question le paradigme d’un comportement ductile sans résistance au niveau de l’ interface de subduction. Les résultats obtenus via les modèles numériques montrent par ailleurs que la rhéologie de la plaque supérieure, ainsi que celle de sa seule partie crustale, a une influence de premier ordre sur la dynamique globale des zones de convergence en modifiant notamment le mode de subduction, la cinématique de la fosse, le mode d'exhumation lors d'une collision, le timing de la déchirure du slab et de la formation de bassins d'arrière-arc, la répartition et l'intensité de la déformation au sein de la plaque supérieure. La combinaison des méthodes de pétrologie et de modélisation numérique a permis d'obtenir une analyse quantifiée de l' influence de la rhéologie des lithosphères impliquées dans les zones de convergence sur la dynamique de ces zones. Cette thèse présente ainsi de nouvelles contraintes à notre compréhension de la réponse mécanique de la lithosphère, en fonction de sa structuration rhéologique et de sa place au sein des zones de convergence à petite et grande échelle. Les nouvelles données présentées révèlent l' impact majeur de la rhéologie de la lithosphère dans les zones de convergence. Ce paramètre amène ainsi à reconsidérer notre vision actuelle des zones de convergence
Convergence zones are key objects to the understanding of the lithosphere dynamics. They are the location correspond to places of intense deformation as evidenced by the concentration and magnitude of recorded earthquakes. On a larger scale of time and space, these deformations generally result in nappes stacking whose study offers access to the different structural levels involved in the mountain belt structuration. Precisely characterizing the structuring dynamics of these units as well as the parameters controlling this dynamic is a crucial step that would allow in particular a better quantification of lithospheric dynamics. The aim of this thesis is twofold: (1) clarifying the rheological behavior of rocks in the Pressure-Temperature (P-T) conditions of the eclogitic facies at the subduction interface and (2) characterizing and quantifying the influence of the overriding plate rheology, and more specifically, the role of its crustal part, on the spatio-temporal evolution of convergence zones. For this, I used a multi-disciplinary approach. First, I present a multi-scale analysis combining fieldwork and metamorphic petrology, which allowed me to study the deformation within High Pressure-Low Temperature (HP-LT) rocks at the subduction interface in the Mont-Emilius klippe (Western Alps, Italy). Then, I show the results of a quantitative study combining 3D and 2D thermo-mechanical modeling of convergence zones. The entire set of models allowed me to analyze different parameters influencing the rheological structure of the overriding plate, such as the initial geotherm, the thicknesses of the lithosphere and the crust, and the nature of the involved materials. All the performed models are constrained/compared by/with data from natural examples. The results of the study on deformed rocks within the subduction interface highlight the possible brittle behavior of rocks at pressure and temperature conditions on the order of 2.15-2.40 GPa and 500-550 °C, i.e., in the eclogitic facies. The recording of such a deformation mode is of paramount importance because it challenges the paradigm of subduction interface caracterized by ductile behavior without resistance. The results obtained with the numerical models show that the rheology of the overriding plate, as well as that of only its crustal part, has a first-order influence on the overall dynamics of the convergence zones by modifying the mode of subduction, trench kinematics, the mode of exhumation during collision, the timing for slab break-off and back-arc basin formation, the location and intensity of deformation within the overriding plate. The combination of petrology and numerical modeling methods allowed me to obtain a quantified analysis of the influence of the rheology of the lithospheres involved in convergence zones on the dynamics of these zones. This thesis presents new constraints for our understanding of the mechanical response of the lithosphere at different spatial scales as a function of its rheological structure. The new data presented here reveal the major impact of the lithosphere rheology in convergence zones. This parameter leads us to reconsider our current view of the convergence zones

La localisation de la déformation est un facteur essentiel à l’existence de la tectonique des plaques. Cependant, elle est le résultat d’interactions non-linéaires qui relient entre elles différentes échelles spatiales et temporelles que nous ne savons pas encore capturer dans un modèle rhéologique unique. Ce travail de thèse tente de combler en partie la fracture entre l’échelle pétrologique et celle de la mécanique à l’échelle crustale. Il cherche ainsi à mesurer l’impact des circulations de fluides sur la dynamique et la cinématique des dômes métamorphiques continentaux par le biais de modèles numériques d’échelle crus- tale. Pour répondre à cette question, nous avons cherché à établir un modèle empirique des écoulements de fluide et des interactions fluide-roche valide à l’échelle de la croûte. A cette échelle, il est important de capturer d’une part l’effet des circulations de fluides sur la densité qui détermine les forces de volume disponibles comme moteur de l’exhumation, mais aussi leur capacité à limiter ou accélérer la chute de résistance des bandes de cisaillement qui déterminent les forces de surface ralentissant l’exhumation. Ce modèle empirique est basé sur une observation au premier ordre du comportement métamorphique des roches le long d’un trajet P − T rétrograde : les roches métamorphiques de haut-grade (faciès amphibolite/granulite) sont exhumées vers la surface sans se rétromorphoser, excepté dans les zones où la déformation est localisée. Ce travail consiste donc à paramétrer cette observation de manière à pouvoir l’implémenter dans un code explicite thermomécanique 2D par le biais d’un couplage hydro-thermo-mécanique prenant en compte les échanges d’eau libre/eau liée avec la roche. Il introduit aussi la prise en compte simplifiée de l’hydrothermalisme lors de l’exhumation. Les résultats montrent que cette paramétrisation permet de mieux rendre compte des observations de terrain dans une gamme de paramètres validée par les mesures de laboratoire. Les résultats obtenus en limitant la rétromorphose des roches par la disponibilité de l’eau sont significativement différents de ceux obtenus dans les études publiées qui ne prenaient pas en compte ce paramètre. La thèse démontre notamment qu’il n’y a pas besoin d’hétérogénéités préexistantes pour obtenir des dômes asymétriques. Elle montre aussi que la chimie initiale de la roche peut exacerber ou diminuer la localisation de la déformation liée à la rétromorphose limitée par l’eau et contrôler ainsi la forme des dômes métamorphiques
Strain localization is essential to the existence of plate tectonic on Earth. Yet, it is the result of non-linear interaction across several temporal and spatial scales and to date no unique rheological model exists that captures the effect of all these interactions at crustal scale. The work presented here is an attempt to fill part of the gap between out- crop scale and crustal scale models, between petrological scale and crustal scale. The central question is how to measure the effects of fluids and fluid-rock interactions on the dynamics and the kinematics of continental metamorphic core complexes by the mean of crustal scale numerical models. To answer this question, we have tried to esta- blish an empirical model of fluid flow and fluid-rock interaction, which could be valid at the scale of the crust. At that specific scale, it is important to capture the effects of free fluids both on the density of rocks, because it determines the body forces that are driving the exhumation of the crust, and on the strength of rocks and particularly on shear zones which constitute the ’hand-break’, the surface tractions, which resist this exhumation. This empirical model is based on a first order observation related to the behaviour of metamorphic rocks along the retrograde P − T path of their exhumation. High-grade metamorphic rocks (amphibolite/granulite) are indeed exhumed to the sur- face with very little retromorphose except those located within the shear bands where deformation localises. This works first consisted in parameterising this observation in a manner that could be implemented into a 2D thermo-mechanical code as an hydro- thermo-mechanical coupling which could account for free-water/rock-water exchange. In second part, a simplified scheme is introduced to account for hydrothermal cooling of the crust in the late stage of exhumation. The results show that this parameterization al- lows to better account for field observation in a range of parameters that are compatible with laboratory experiments. Limiting the retromorphose of rocks by the availability of free water is shown to produce significantly different metamorphic domes kinematics as compared to prior studies. We indeed demonstrate that it is not necessary to introduce heterogeneity in crustal composition to form asymmetric structures but that the effect of water is modulated by the chemistry of the protolith rocks which influences strain localization

Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en trois dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, le maillage augmente constamment selon un chemin délimité par les rouleaux. L'évolution du maillage -création de nouveaux noeuds- est gérée de manière locale par une technique de recollement de maillages. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème mécanique est abordé selon une approche de type milieu monophasé équivalent; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique et de retrait à la solidification sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas et nous l'avons appliqué à deux machine de coulée industrielles.

Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en deux dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine (appelé "faux-mannequin") admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, sous l'action du "faux-mannequin", le matériau parcourt tout le chemin délimité par les rouleaux. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème thermique est résolu numériquement en variable enthalpie. Le problème mécanique est abordé selon une approche monophasique; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous choisissons des viscosités arbitrairement élevées pour le pâteux et le liquide afin de pouvoir négliger les phénomènes de convection naturelle. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas, qualitativement avec une étude de gonflement sur la machine de Dunkerque et quantitativement sur des calculs en lingotière, en comparant contraintes et lame d'aire avec des travaux de la littérature.

Une émulsion à changement de phase (PCME: phase-change material emulsion) est un fluide consistant en une émulsion d'un matériau à changement de phase (PCM, phase change material), comme de la paraffine, dispersé dans un fluide porteur (phase continue), souvent de l'eau ou une solution acqueuse de surfactant. Les PCME peuvent être envisagés comme fluides à haute performance thermique (frigoporteurs ou caloporteurs) en raison de leur potentiel de transport de chaleur latente (cristallisation ou fusion du PCM). Cette thèse présente des résultats expérimentaux concernant le comportement thermo-rheologique des differentes versions de PCME (émulsions de paraffine dans différentes solutions acqueuses de surfactant, avec une concentration massique en paraffine égale à 30 %) sur une plage de température de 0 - 20 °C. Les propriétés thermophysiques des émulsions ont été déterminées. Ensuite, une étude expérimentale du transfert de chaleur par convection forcée laminaire a été effectuée. Le coefficient de transfert de chaleur convectif de l'émulsion pendant le refroidissement a été déterminé dans une configuration expérimentale proche de celle pouvant être rencontrée dans des échangeurs thermiques à plaques. La configuration se compose principalement de deux canaux rectangulaires (80 x 6 mm²) de longueurs égale à 1 m. Des corrélations utiles pour évaluer les coefficients d'échange thermique (locaux ou globaux) ont été établies entre les nombres de Nusselt, de Reynolds et de Prandtl. Un banc d'essais spécifique a également été utilisé pour analyser le comportement rhéologique des PCME. Des essais ont été effectués à l'aide d'un viscosimètre à différentes températures. La stabilité des émulsions a été examinée sous diverses charges thermomécaniques. Les expériences ont révélé un comportement rheofluidisant. L'ensemble de ces résultats montre que les PCME sont des candidats prometteurs pour les applications à la climatisation
A phase change material emulsion (PCME) is a fluid consisting of an emulsion of a phase change material (PCM), such as paraffin, dispersed in a carrier fluid (contiunuous phase), often water of an aqueous solution of surfactant. PCMEs can be considered as potential high performance thermal fluids (used as secondary refrigerants or as heat transport fluids) owing to their latent heat involved in the fusion of cristalisation of the PCM. This thesis reports experimental results concerning the thermo-rheological behavior of different versions of a PCME (30%wt. paraffin concentration in various acqueous solutions of surfactant) over the temperature range [0 – 20 °C]. The thermophysical properties of the PCMEs were determined. Then, an experimental study of forced convection heat transfer during laminar flow was carried out. The convective heat transfer coefficient of the PCMEs during cooling was determined in an experimental configuration mocking up applications in plate heat exchangers. The configuration mainly consists of two 1 m long rectangular channels (80 x 6 mm2). Correlations were developped for the prediction of the (local and overall) heat transfers coefficients, based on the Nussel, Reynolds and Prandtl numbers. A specific test bench was also used to analyse the rheological behaviour of the PCMEs. Tests were carried out using a viscometer at different temperatures. The stability of the emulsion was examined under various thermo-mechanical loads. Experiments revealed a pseudoplastic behavior for all tested versions of the PCME. All these results show that PCMEs are an attractive candidate for their applications in the field of air conditioning

Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte identifié de la nécessité de développer de nouveaux polymères plus respectueux de l’environnement. Nous sommes convaincus que l’essor de ces matériaux « verts » exige d’utiliser des additifs « verts » lors de la formulation. Dans le but d’élaborer des additifs respectueux de l’environnement capables d’assurer la stabilisation du polymère au regard du cycle de vie, et en attachant une attention particulière à la valorisation de la biomasse, trois approches ont été étudiées. La première est une voie innovante qui consiste à utiliser un mélange de polyphénols issus des sous-produits de l’industrie vinicole, et de l’industrie du thé. La seconde voie est la valorisation d’une molécule issue du sous-produit majeur de l’industrie du blé. La troisième est une voie d’innovation récente, qui propose l’utilisation de nanocomposites hydroxydes doubles lamellaires (HDL) fonctionnalisés avec des stabilisants biosourcés. L’évaluation de leurs propriétés stabilisantes, est réalisée au regard des processus de thermo- et photo-oxydation, dans les polyoléfines. Les résultats très prometteurs de ce projet mettent en évidence le fort potentiel des molécules et composites d’origine biosourcée à maintenir les propriétés des polymères en conditions d’usages
This thesis work falls within the identified context of the need to develop new polymers that are more environmentally friendly. We are convinced that the development of these "green" materials requires the use of "green" additives during formulation. To develop environmentally friendly additives capable of stabilizing the polymer, with respect to the life cycle, and paying special attention to biomass valorization, three approaches have been studied. The first is an innovative way of using a mixture of polyphenols from winery by-products and tea industry. The second way is the valorisation of a molecule from the major by-product of the wheat industry. The third is a recent route of innovation, which proposes the use of layered double hydroxides nanocomposites (LDH) functionalized with bio based stabilizers. The evaluation of their stabilizing properties is carried out in polyolefins, against thermo- and photo-oxidation processes. The very promising results of the project highlight the strong potential of bio based molecules and composites to maintain polymers properties under conditions of use

Nous présentons une étude mettant en œuvre la méthode de la goutte oscillante pour sonder l'interface huile/eau, modifiable par ajout de tensioactifs ou des nanoparticules, entourée d'une phase continue de rhéologie contrôlable. La question clé posée dans ce travail porte sur l'effet des propriétés rhéologiques de la phase continue sur les mesures des modules viscoélastiques interfaciaux déduits à partir de la compression/dilatation d'une goutte oscillante. Dans cette optique, la phase continue est constituée d'un hydrogel thermoréversible K-carraghénane, sélectionné pour son inactivité interfaciale mais également pour son hystérèse en transition sol/gel qui permet en effet d'avoir un gel ou un liquide à la même température selon l'histoire thermique.Dans le cas d'une interface nue huile/eau et dans les conditions où la solution de KC est liquide, le module élastique de l'interface reste faible. Quand la solution de KC devient un gel, même si ce dernier est faible au point que la solution s'écoule sous son propre poids, nous assistons à l'apparition d'une signature élastique des meures viscoélastiques interfaciales attestant que la contribution de la rhéologie de la phase continue est non négligeable. La présence d'un tensioactif à l'interface huile/eau, génèrent un module élastique interfacial qui augmente avec la concentration en tensioactif dans le cas d'un milieu environnant liquide. En présence d'un gel faible, le module interracial s'effondre à force que le module du gel KC augmente attribuer à une pseudo-localisation de déformation à l'interface. Ce phénomène disparaît dans le cas d'une interface dense en nanoparticules solides (effet Pickering).L'ensemble de ce travail révèle l'importance de la déconvolution des contributions interfaciale et de volume dans des essais de rhéologie interfaciale avec la goutte pendante
We present a study implementing the oscillating drop method to probe the oil/water interface, modifiable by surfactants or nanoparticles, while surrounded by a continuous phase of controllable rheology. The key question posed in this work concerns the effect of the rheological properties of the continuous phase on the measurements of interfacial viscoelastic moduli extracted from the compression/expansion of an oscillating drop. With this in mind, the continuous phase consists of a thermo-reversible hydrogel K-carrageenan, selected for its interfacial inactivity but also for its hysteresis after the sol/gel transition which allows to have a gel or liquid at the same temperature according to the thermal history.In the case of a pure oil/water interface and under conditions where the KC solution is liquid, the elastic modulus of the interface remains weak. When the KC solution becomes a gel, even if it is weak to the point that the solution flows under its own weight, we witness the appearance of an elastic signature in interfacial viscoelastic measures attesting to the contribution of the rheology of the continuous phase being not negligible.The presence of a surfactant at the oil/water interface, generating an interfacial elastic modulus that increases with the concentration of surfactant in the case of a liquid surrounding medium. In the presence of a weak gel, the interfacial modulus decreases by despite that the modulus of the KC gel increases, this is attributed to a pseudo-localization of deformation at the interface. This phenomenon disappears in the case of an interface laden with solid nanoparticles (Pickering effect).All of this work reveals the importance of deconvoluting interfacial and volume contributions in an interfacial viscoelasticity test of the pendant drop

Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en trois dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, le maillage augmente constamment selon un chemin délimité par les rouleaux. L'évolution du maillage -création de nouveaux noeuds- est gérée de manière locale par une technique de recollement de maillages. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème mécanique est abordé selon une approche de type milieu monophasé équivalent; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique et de retrait à la solidification sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas et nous l'avons appliqué à deux machine de coulée industrielles.

Afin d’étudier spécifiquement le rôle des processus de séparation de phase sur le renforcement des propriétés mécaniques des hydrogels, nous avons travaillé en conditions isochores en développant des architectures non seulement thermosensibles mais également capables de conserver un taux d’hydratation très élevé de part et d’autre de la température de transition de phase. Pour cela, des gels greffés ont été préparés à partir d’un réseau réticulé de polymère hydrophile en introduisant des chaînes latérales thermosensibles de type LCST (PNIPAm). A partir de cette structure primaire, et en maintenant fixe le rapport massique des précurseurs hydrophile/thermosensible, nous montrons que les caractéristiques thermodynamiques de la transition de phase (température et variation d’enthalpie) restent pratiquement indépendantes de la masse molaire des greffons de même que leur processus d’auto-assemblage qui conduit à la formation de domaines cylindriques concentrés en greffons PNIPAm. A l’instar des matériaux composites, la formation de ces domaines denses en polymère stabilisés par des interactions physiques vont ainsi largement augmenter la rigidité des gels à haute température ainsi que leur résistance à la fracture en jouant le rôle de dissipateur d’énergie. Nous montrons que ce renforcement thermo-contrôlé augmente avec la taille des chaînes à LCST. Dans le cas où l’on fait varier la composition massique hydrophile/thermosensible, tout en maintenant constante la masse molaire des greffons, on démontre des comportements opposés à basse et haute températures avec de bonnes propriétés à froid lorsque le réseau est riche en matrice hydrophile réticulée (élasticité d’origine entropique) et de très bonnes propriétés à chaud lorsque le comportement mécanique est contrôlé par les domaines concentrées en greffons à LCST (élasticité d’origine enthalpique). Le phénomène de séparation de phase des greffons PNIPAm étant thermo-réversible par nature, et les interactions entre ces mêmes chaînes peu dynamiques à haute température, nous montrons que ces hydrogels greffés cumulent, respectivement, des propriétés d’auto-adhésion et de mémoire de forme. Enfin, en généralisant le processus de séparation de phase, nous montrons que le remplacement du réseau hydrophile par un réseau thermosensible de type UCST, permet d’obtenir un double phénomène de séparation de phase, à basse et à haute température. Si les températures de transition sont parfaitement corrélées avec les caractéristiques thermodynamiques de chacun des polymères, le renforcement mécanique dépend plus quant à lui des énergies d’interaction qui se développent lors de la transition de phase au sein du réseau à UCST (liaisons-H) ou entre les greffons à LCST (interactions hydrophobes + liaisons-H)
To specifically study the impact of phase-separation processes on hydrogels mechanical reinforcement, we worked under isochoric conditions developing architectures not only thermo-responsive but also able to keep a high level of hydration on both sides of the phase-separation temperature. For this purpose, grafted hydrogels have been formulated from a chemically cross-linked hydrophilic polymer network grafted with thermo-sensitive side-chains of LCST type (PNIPAm). From this primary structure and keeping constant the weight ratio between the hydrophilic and thermo-responsive parts, we demonstrate that the thermodynamic characteristics of the phase transition (enthalpy and temperature transitions) are only very weakly dependent on the molar mass of PNIPAm grafts as well as their self-assembly process which leads to cylindrical domains concentrated in PNIPAm grafts. Like the nanocomposite materials, the formation of these dense polymer domains stabilized by physical interactions highly enhances both the gels stiffness and fracture resistance at high temperature by dissipating energy. We show that this temperature-controlled reinforcement increases with the molar mass of the PNIPAm grafts. Varying the hydrophilic/thermo-responsive parts weight ratio while keeping constant the molar mass of the grafts, opposite behaviours at low and high temperatures were established. When the hydrophilic cross-linked network weight is high compared to the one of thermo-responsive grafts, the hydrogels exhibit good properties at low temperature (entropic elasticity) whereas at high temperature, their mechanical behaviour is controlled by the phase-separated domains concentrated in PNIPAm grafts (energetic elasticity). The phase-separation phenomenon of PNIPAm grafts being thermo-reversible by nature and the interactions between these chains being weakly dynamic at high temperature, we demonstrate that these grafted hydrogels exhibit both adhesive and shape-memory properties. Finally, expanding the phase-separation concept, we show that replacing the hydrophilic network by a UCST type thermo-responsive one allows getting a dual thermo-response with phase-separation occurring at both low and high temperatures. While these transition temperatures are perfectly correlated to the thermodynamic characteristics of each polymer, the mechanical reinforcement is more dependent on the energy due to the nature of interactions developing inside the UCST network (H-bonds) or between the LCST grafts (H-bonds and hydrophobic interactions) during the phase-separation process

Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte identifié de la nécessité de développer de nouveaux polymères plus respectueux de l’environnement. Nous sommes convaincus que l’essor de ces matériaux « verts » exige d’utiliser des additifs « verts » lors de la formulation. Dans le but d’élaborer des additifs respectueux de l’environnement capables d’assurer la stabilisation du polymère au regard du cycle de vie, et en attachant une attention particulière à la valorisation de la biomasse, trois approches ont été étudiées. La première est une voie innovante qui consiste à utiliser un mélange de polyphénols issus des sous-produits de l’industrie vinicole, et de l’industrie du thé. La seconde voie est la valorisation d’une molécule issue du sous-produit majeur de l’industrie du blé. La troisième est une voie d’innovation récente, qui propose l’utilisation de nanocomposites hydroxydes doubles lamellaires (HDL) fonctionnalisés avec des stabilisants biosourcés. L’évaluation de leurs propriétés stabilisantes, est réalisée au regard des processus de thermo- et photo-oxydation, dans les polyoléfines. Les résultats très prometteurs de ce projet mettent en évidence le fort potentiel des molécules et composites d’origine biosourcée à maintenir les propriétés des polymères en conditions d’usages
This thesis work falls within the identified context of the need to develop new polymers that are more environmentally friendly. We are convinced that the development of these "green" materials requires the use of "green" additives during formulation. To develop environmentally friendly additives capable of stabilizing the polymer, with respect to the life cycle, and paying special attention to biomass valorization, three approaches have been studied. The first is an innovative way of using a mixture of polyphenols from winery by-products and tea industry. The second way is the valorisation of a molecule from the major by-product of the wheat industry. The third is a recent route of innovation, which proposes the use of layered double hydroxides nanocomposites (LDH) functionalized with bio based stabilizers. The evaluation of their stabilizing properties is carried out in polyolefins, against thermo- and photo-oxidation processes. The very promising results of the project highlight the strong potential of bio based molecules and composites to maintain polymers properties under conditions of use

La fissuration des couches d’enrobé bitumineux (EB) est un mode de dégradation majeur des chaussées, dont la compréhension des divers mécanismes et facteurs responsables nécessite entre autres le développement de modélisations théoriques et d’outils numériques. Dans ce cadre cette thèse s’intéresse à la fissuration des matériaux à rhéologie thermo-viscoélastique. Un modèle d’endommagement local est ainsi développé en se basant sur le principe de contraintes effectives et la loi rhéologique de Poynting-Thomson. Le critère d’endommagement adopté repose sur le taux de restitution d’énergie élastique. Ce modèle est ensuite régularisé par l’approche Thick Level Set (TLS). L’étude semianalytique d’une barre 1D en traction monotone directe permet d’investiguer l’aptitude de ce modèle à reproduire les principales observations expérimentales faites sur EB. Un algorithme de calcul par méthode aux éléments finis permettant alors d’étendre la résolution au cas de problèmes 2D est proposé et implémenté dans le code de calcul eXlibris de l’ECN. Nous montrons la capacité de cet outil à simuler l’initiation et la propagation de fissure avec endommagement d’une poutre viscoélastique chargée en flexion trois points. Les simulations rendent compte du caractère plus ou moins fragile/ductile des résultats d’essais observés sur EB en fonction de la température du matériau et de la vitesse de chargement. Ces travaux offrent ainsi une base théorique et numérique pour de futures applications en Mécanique des Chaussées
Fracture of asphalt concrete (AC) layers is a major mode of deterioration in pavements, whose understanding of the various mechanisms requires the development of theoretical models and numerical tools. In this context, the research focuses on damage and fracture in thermo-viscoelastic materials. Hence, a local damage model is developed based on the principle of effective stresses and the Poynting-Thomson rheological law. The damage criterion considered relies on the elastic energy release rate. This model is then regularized according to the Thick Level Set (TLS) approach. The semi-analytical study of the 1D rod subjected to monotonous direct tension is performed to investigate the ability of the model to mimic the main experimental observations made for AC materials. An algorithm dedicated to the finite element solution of 2D problems is proposed and implemented subsequently in the eXlibris numerical code developed at ECN. The potential of this model to simulate damage and crack growth from initiation to collapse is demonstrated through the example of a viscoelastic beam under three-point bending test loading conditions. The simulations reflect the more or less brittle/ductile nature of the test results observed on AC materials depending on temperature and the loading rate. This work offers a theoretical and numerical basis for future applications in pavement mechanics

Cette thèse est une contribution à la simulation numérique des transferts de quantité de mouvement et de chaleur dans les écoulements turbulents de fluides non-Newtoniens dans une conduite cylindrique fixe. La viscosité du fluide utilisé est décrite par la loi d'Ostwald de Waele. Deux modèles sous-mailles dans l'approche des simulations des grandes échelles ont été considérés : le modèle dynamique de Germano et al. (1991) et le modèle de Smagorinsky non-Newtonien. Ils sont utilisés pour décrire les mécanismes physiques mis en jeu dans les écoulements isothermes de ces fluides à rhéologie complexe. Les transferts thermiques sont simulés avec le modèle de Smagorinsky non-Newtonien. Ces derniers sont traités en deux parties. La première concerne les échanges de chaleur sans influence sur la distribution des vitesses. Il s'agit des écoulements non-thermo dépendants ou écoulements isothermes. La deuxième partie concerne la résolution des écoulements thermo dépendants qui mettent l'accent sur les modifications induites par le couplage vitesse-température. Les champs turbulents sont analysés statistiquement en moyennant dans le temps et dans l'espace (suivant les directions périodiques) les champs instantanés de vitesse et de température pour établir les profils moyens de vitesse et de température, les rms, la tension de Reynolds, les flux de chaleur, les moments d'ordre plus élevé (coefficients de dissymétrie et d'aplatissement), les pdf (fonction de densité de probabilté), les jpdf (fonction de densité de probabilité jointe), le coefficient de frottement, le nombre de Nusselt... Ces différentes grandeurs sont analysées en fonction des divers paramètres qui gouvernent le problème: les nombres de Reynolds et de Prandtl, l’indice d'écoulement et le nombre de Pearson
This thesis is a numerical contribution of momentum and heat transfer of turbulent pipe flows of non-Newtonian fluids. The apparent viscosity of the fluid is modelled by a power-law (Ostwald de Waele model). Two models subgrid of LES were considered: the dynamic model of Germano et al. (1991) and model Smagorinsky non-Newtonian. They are used to describe the physical mechanisms involved in the isothermal flow of these complex rheology fluids. Heat transfer are simulated with the model of non-Newtonian Smagorinsky. These are processed in two parts. The first concerns the heat exchange without affecting the velocity distribution. This is non-thermo dependent flow or isothermal flow. The second part concerns the resolution of thermo dependent flows that focus on changes induced by the temperature-velocity coupling. The turbulent fields are analyzed statistically by averaging over time and space (according to the periodic directions) the instantaneous field of velocity and temperature to establish the average profiles of velocity and temperature, the root mean square of turbulent fluctuations (rms), Reynolds stress, the heat flow, the moments of higher order (skewness and flatness), the pdf (probability density function), the jpdf (attached probability density function), the coefficient of friction, the number of Nusselt ... These differents variables are analyzed for various parameters governing the problem: the Reynolds and Prandtl flow index and the number of Pearson

Le sujet de thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entre l’Institut FEMTO-ST et le groupe SAFRAN/SNECMA. Une partie des travaux de cette thèse concerne les caractérisations thermo-physiques de polymères chargés pour différentes nuances et granulométries de poudres de superalliage destinés à être mis en forme par le procédé de Moulage par Injection de Poudre. Pour ces travaux de thèse de doctorat, trois nuances de polymères chargés composé de poudres de superalliages ont été investiguées. Deux nuances sont composées de poudres utilisées par Snecma en réparation (René 80®/Amdry D15® et RBD61) et un autre est composée de poudre d’Inconel 718. Différentes caractérisations ont été réalisées et ont permis d’optimiser le développement de mélanges chargés conduisant à l’élaboration de matériaux homogènes et injectables tout en possédant des taux de charge en poudres les plus élevés possible.Les résultats de ces travaux sont ensuite utilisés afin d’identifier différents termes présents dans les modèles analytiques de rhéologie usuels. Le développement de modèles de rhéologies spécifiques a été réalisé en incorporant aux lois rhéologiques usuelles différents termes dépendant de la surface spécifique, de la viscosité des liants employés au sein de la formulation. Le développement de ces modèles de viscosité de plus en plus complets permet d’améliorer les lois de comportements et de mieux décrire le comportement rhéologique de polymères chargés. Enfin, une simulation de l’étape de moulage par injection d’un composant aéronautique a été réalisée à l’aide du logiciel Moldflow© pour la nuance de René 80®/Amdry D15®
The works presented in this paper were realized in collaboration between the mechanical department of FEMTO-ST Institute and the company SAFRAN/SNECMA. A part of the works of this thesis focused the thermo-physical characterizations of loaded polymers that is mixtures based of thermoplastic binders and metallic powders suitable be shaped by powder injection molding process.For this work, three different loaded mixtures composed of superalloy powder were investigated.Two were supplied by SAFRAN/SNECMA used to repair (Rene80®/AmdryD15® and RBD61) and another is composed of Inconel 718 powder. Characterizations were to carry out to optimize the development of loaded polymers and to obtain homogenous materials with high solid fraction. Then, the data were used to identified parameters of usual rheological laws. The development of specific rheological models were realized by including different parameters related to the specific surface area, binder viscosities used in the formulation. The development of these models increasingly exhaustive allows the improvement of behavior laws and to better describe the rheological behavior of superalloy-loaded polymers. Finally, a simulation of the injection molding stage of a aeronautical component was realized in the Moldflow© software for the Rene80®/AmdryD15® loaded polymer

L’objectif principal de ce travail de thèse est de développer une nouvelle formulation formant un dépôt in situ après administration parentérale pour la libération prolongée de principes actifs. Les systèmes à base de chitosane (CS) formant des hydrogels sous l’action de la chaleur corporelle ont été choisis parmi les différentes catégories de formulations injectables se solidifiant in situ pour la biocompatibilité et la biodégradabilité reconnue de ce polymère. Après une revue des différents systèmes thermo-gélifiants à base de CS et de leurs utilisations, nous nous sommes intéressés en détail aux mécanismes sur lesquels reposaient la formation des hydrogels de CS / agent gélifiant. Une étude rhéologique approfondie combinée à de la 31P-RMN a permis de mettre en évidence le rôle clé de la partie polyol de l’agent gélifiant dans cemécanisme. La troisième partie a été consacrée au développement d’un nouveau système associant le CS au glucose-1-phosphate (G1-P). Une étude des propriétés physico-chimiques et de la stabilité de ce système a mis en évidence sa gélification dans les conditions physiologiques et l’amélioration significative de sa stabilité à long terme par rapport au système standard CS / glycérophosphate. Des essais de tolérance locale souscutanée réalisés sur un modèle murin ont montré que le système est raisonnablement bien toléré. Enfin, la dernière partie, consacrée à l’étude de la libération in vitro de différents composés modèles, a démontré l’aptitude du réseau polymère de CS / G1-P à prolonger la libération des substances incorporées
The aim of this work was to develop a new parenteral in situ forming depot (ISFD) system for the controlled delivery of drugs. Chitosan (CS)-based systems that undergo sol / gel transition upon heating at physiological temperature were selected among the different categories of ISFDs due to their well-known biocompatibility and biodegradability. After an overall review of the recent progresses on standard CS-based ISFD systems, the synergistic mechanisms underlying the temperature-induced gelation of the CS / gelling agent systems were investigated through comprehensive rheological studies completed by 31P-NMR measurements. These investigations emphasized the key role of the polyol part of the gelling agent. The next step consisted in developing a new system combining CS and glucose-1-phosphate (G1-P). The physico-chemical characteristics and storage stability of this system were investigated. The results highlighted a sol / gel transition under physiological conditions and improved storage stability compared to the standard CS / glycerophosphate system. Local tolerability studies of the hydrogels in rats showed that the system was reasonably well tolerated. Finally, the last chapter, dedicated to the study of the in vitro release behavior of several model compounds, emphasized the ability of the polymeric CS / G1-P network to sustain the release of the incorporated substances

La sollicitation thermo mécanique des cheveux humains appliquée lors d’une opération de lissage à l’aide d’un fer à lisser, peut entraîner différentes modifications de forme et de structure, et peut dans certains cas entraîner l’endommagement de la chevelure. Cette thèse a permis de caractériser cet endommagement et de déterminer les limites de cet appareil, en se reposant sur une simulation de la mise en forme d’une mèche de cheveu, à l’aide d’un tribomètre capillaire reprenant les fonctions d’un fer à lisser d’une manière reproductible. Suivi d’une caractérisation de l’état de surface des cheveux et des plaques du fer à lisser, et des essais mécaniques, qui ont permis d’acquérir les propriétés mécaniques et surfaciques du cheveu et de contrôler leur évolution en fonction des différentes sollicitations appliquées. Cette étude a été complétée par une modélisation numérique qui a permis de déterminer la loi de comportement du cheveu suite à une sollicitation mécanique. Le comportement tribologique a été caractérisé à l’aide d’une étude expérimentale de frottement prenant en compte les effets de la température et des efforts appliqués sur une mèche de cheveu. Ainsi, ce travail a permis de caractériser l’influence de l’application d’un fer à lisser sur les propriétés mécaniques, surfaciques et tribologiques du cheveu. Enfin, la perception sensorielle a été caractérisée à travers l’utilisation d’outils de métrologies sensorielle permettant d’acquérir des valeurs physiques de la brillance et de la forme de la mèche en fonction des différentes sollicitations
The thermo mechanical solicitation caused by using a hair crimper can induce various changes in hair form and structure. And, in some cases, can destroy the hair. The aims of this thesis is to identify hair damage caused by this type of solicitation and determine the hair crimper characteristics and limitations. This study is based on a simulation that straightens the hair using a capillary tribometer. This latter reproduces the major functions of the crimper. A characterisation of the hair surface and the crimper plates in addition to mechanical tests are done in order to acquire mechanical and surface properties of the hair after each solicitation. These tests permit to control their evolution according to the different stresses and temperature applied. A numerical modelling is then performed in order to determine the hair law behaviour resulting from mechanical solicitations. Tribological behaviour is characterised by experimental work considering the effects of the temperature and forces applied during the straightening operation on the friction. Therefore, this work allows us to characterise the influence of a hair crimper on the mechanical and tribological properties of the hair. Finally, sensory perception is attained using sensory metrology tools allowing us to access physical effects on the brightness and shape of the hair tress

L'étude du comportement mécanique et thermique des polymères est d'une importance capitale pour les applications techniques. Par conséquent, la capacité de prédire ces propriétés pour des plages étendues de fréquences de sollicitation et de température, est une forte motivation. Sur la base d'une combinaison expérimentale d'analyses rhéologiques mécaniques et thermiques (DMTA), des modèles phénoménologiques sont ainsi développés pour prédire le comportement viscoélastique linéaire des polymères avec l'utilisation traditionnelle du principe dit de "superposition temps-température (TTSP)". Lors de la mise en œuvre de ces modèles, la prise en compte (i) des effets liés à la température réelle de l'échantillon ou (ii) des effets induits par les couplages thermomécaniques n'est pas prise en compte. Cependant, les matériaux polymères sont très sensibles aux variations de température et même de faibles variations de température peuvent engendrées des sources de couplage thermomécanique ou de dissipation non négligeables dans le bilan d’énergie. L'applicabilité du TTSP dans ce contexte mérite d’être revisitée. Ainsi, une connaissance précise du comportement mécanique et thermique de cette classe de matériaux, dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles, en tenant compte de l'effet dissipatif et du couplage thermomécanique, est nécessaire.Pour atteindre ces objectifs, la présente étude a été réalisée à partir d'une revue de la littérature sur le comportement thermomécanique des polymères vitreux et amorphes et du TTSP. Ensuite, nous avons rappelé le cadre théorique de la thermodynamique des processus irréversibles et sa mise en œuvre dans le formalisme des matériaux standards généralisés (GSM). Ainsi la température pu être considérée comme une variable d'état et les équations comportementales constitutives ont pu être dérivées d'un potentiel thermodynamique et de dissipation. Ce formalisme a également permis de définir puis de calculer les différentes sources de chaleur et la forme globale du bilan d’énergie.Deuxièmement, des mesures ont été effectuées pour caractériser les propriétés viscoélastiques linéaires en dessous de la température de transition vitreuse de certains polymères amorphes et rhéologiquement simples (PS, PMMA et PA-6.6). On a ensuite appliqué un TTSP classique utilisant une loi d'Arrhenius pour prédire le comportement viscoélastique linéaire sur une très large plage de température/fréquence, qui ne peut être atteinte expérimentalement. Une première série de mesures a été effectuée sur PS dans plusieurs laboratoires pour vérifier la réponse monochromatique à une charge monochromatique et construire une base de données de référence pour l'étalonnage et la validation des différentes procédures de correction (rigidité machine et déphasage électronique) de notre DMTA. Par la suite, des mesures thermographiques synchronisées ont été effectuées pour mesurer les variations de température de l'échantillon pendant les mesures DMTA. Ceci permet d'estimer l'énergie mécanique moyenne dissipée pendant un cycle ainsi que les pertes de chaleur et le couplage thermoélastique.Enfin, ces résultats expérimentaux ont été utilisés pour identifier les branches d'un modèle de Maxwell généralisé (MGM) en utilisant la méthode des moindres carrés non négatifs pour les 3 polymères différents. Dans chaque branche de ce modèle, la constante de temps viscoélastique et le module d'élasticité associé dépendent de la température (par une loi d'Arrhenius et une énergie d'activation préalablement déterminée expérimentalement). En utilisant le formalisme GSM, les différentes sources de chaleur (couplages thermomécaniques, dissipation) ont également été calculées. Le bilan énergétique a montré la prédominance des sources de couplages thermomécaniques. Pour conclure cette étude, nous avons montré qu'un MGM supposant l'hypothèse de matériau rhéologiquement simple est compatible avec le TTSP
The study of the mechanical and thermal behaviour of polymers is of prime importance for engineering applications. Therefore, the ability of predicting these properties for several decades of loading frequencies and/or several tens of degree Celsius, is a strong motivation. Based on experimental combination of mechanical and thermal rheological-analysis (DMTA), phenomenological models are thus developed to predict the linear viscoelastic behaviour of polymers with the traditional use of the so-called “time-temperature superposition principle (TTSP)”. While implementing these models, the consideration of (i) effects linked to the real temperature of the sample or of (ii) the time effects induced by thermo-mechanical couplings are not taken into account. However, polymer materials are very sensitive to temperature variations and even slight temperature variations can be due to thermo-mechanical coupling or dissipation sources. The TTSP applicability in such a context is thus not straightforward. Therefore, an accurate knowledge of the mechanical and thermal behaviour of this class of materials, under the Thermodynamics of Irreversible processes, taking into account the dissipative effect and thermo-mechanical coupling, can become of prime importance.To achieve these objectives, the present study was performed starting from a literature review on the thermo-mechanical behaviour of vitreous and amorphous polymers and the TTSP. This was followed by understanding the theoretical framework of thermodynamics of irreversible processes and its implementation in the Generalized Standard Material (GSM) formalism. The theoretical framework of GSM allowed us to consider the temperature as an internal state variable and to derive the constitutive behavioural equations from a thermodynamic and a dissipation potential. This formalism also induced the possibilities to define and then compute the different heat sources involved in the heat diffusion equation.Second, measurements were performed to characterize the linear viscoelastic properties below the glass transition temperature of selected amorphous and rheologically simple polymers (PS, PMMA and PA-6.6). This was followed by the application of a classical TTSP using an Arrhenius law to predict the linear viscoelastic behaviour on a very large temperature/frequency range, which cannot be experimentally reachable. A first set of measurements was performed on PS in several laboratories to check for its monochromatic response to a monochromatic loading and build a reference database for the calibration and validation of different correction procedures (machine stiffness and electronic phase shift) of our DMTA. Later, synchronized thermography measurements were performed to measure the temperature variations of the sample during DMTA measurements. This allows for the estimation of the average mechanical energy dissipated during one cycle together with the heat losses and thermoelastic coupling.Finally, these experimental results were used to identify the optimum branches of a generalized Maxwell model (GMM) using non negative least squares method for the 3 different polymers. In each branch of this model, the viscoelastic time constant and the associated elastic modulus depend on the temperature (through an Arrhenius law and an activation energy determined previously experimentally). Using the GSM formalism, the different heat sources (thermomechanical couplings, dissipation) were also computed. The energy rate balance showed the predominance of the thermomechanical couplings sources. To conclude this study, we stressed that a GMM assuming the rheological simple material hypothesis is TTSP compatible

Le propos de cette thèse est d'étudier les mécanismes physiques de la déformation intracontinentale sous le double aspect mécanique et thermique. A cause des nombreuses données structurales, géophysiques, pétrologiques ou géochronologiques existantes dans les domaines orogéniques, cette étude s'est plus particulièrement localisée sur la formation des chaînes de montagnes et d'une façon générale sur la collision continentale. Dans une première partie, la déformation lithosphérique est abordée d'un point de vue strictement mécanique par une approche expérimentale qui rend compte d'une partie de la complexité des rhéologies lithosphériques continentales. En particulier, nous nous sommes attachés à respecter les deux comportements extrêmes qui se rencontrent dans la lithosphère.  le comportement fragile (F) (croûte supérieure et dans certains cas une partie du manteau).  un comportement ductile (D) (croûte inférieure et majeure partie du manteau). Les modèles analogiques ont été construits à partir de matériaux qui respectent ces propriétés et qui, de plus, sans l'aide d'une centrifugeuse, respectent la part des forces gravitaires par rapport aux forces tectoniques. Pour respecter le degré de simplification des modèles (les modèles analogiques respectent essentiellement la dualité fragile-ductile et les différences de densité), nous avons considéré la lithosphère comme étant composée de quatre couches (croûte fragile, croûte ductile, manteau fragile, manteau ductile). L'application de la modélisation analogique à la déformation lithosphérique a alors été réalisée par une étude de la résistance à la déformation de chacune des couches de la lithosphère à partir des données expérimentales sur la rhéologie des roches et en fonction essentiellement de la structure thermique. Trois séries d'expériences ont alors été réalisées afin de comprendre les relations entre les conditions aux limites, la composition rhéologique et les déformation :  une première étude sur l'évolution de l'épaississement crustal pendant une collision a mis en évidence l'importance de la rhéologie sur la déformation.  une deuxième étude a permis de caractériser la déformation tridimentionnelle associée au poinçonnement, en particulier la répartition dans l'espace des différents types de failles (chevauchements, décrochements et failles normales).  enfin, une troisième étude a été réalisée pour étudier la vergence et la propagation des failles dans un système fragile-ductile. Dans la deuxième partie de cette thèse, les conséquences thermiques liées à la superposition d'unités crustales ont été étudiées à partir d'un modèle numérique aux différences finies. Les évolutions thermiques (géothermes) et métamorphiques (Chemins Pression-Température-temps i.e. P, T, t) sont indépendantes du nombre d'unités chevauchées, de la chronologie respective des chevauchements et finalement de leur mode de propagation spatial. La forme des chemins (P. T. t) reflète donc en partie l'histoire tectonique des chaînes de montagne. Comme il est difficile de connaître l'histoire de la déformation dans les orogènes uniquement à partir de l'état fini actuel, cette étude s'avère nécessaire pour interpréter les données pétrologiques (évolution de la température en fonction de la pression) et géochronologiques (qui peuvent dans la plupart des cas être considérées comme des relations température-temps) en fonction des évènements tectoniques. Dans le cas des Alpes Occidentales, cette modélisation nous a permis de contraindre les schémas d'évolution tectonique. La dernière partie de cette thèse traite directement des interactions thermo-mécaniques sur la déformation dans les orogènes. On constate en effet que la tectonique tangentielle, qui consiste à superposer des nappes " rigides " les unes sur les autres pour épaissir la croûte, ne peut expliquer tout le champ de déformation finie et les données métamorphiques dans les chaînes de montagne. Nous proposons un processus supplémentaire de déformation lié essentiellement aux forces gravitaires qui peut, d'une part, expliquer le champ de déformation finie, d'une part, des données pétrologiques et géochronologiques dans des zones où le métamorphisme est intense (très haute température et faible pression), en particulier les dômes thermiques.

Par une étude bibliographique sur les bandes de cisaillement dans les alliages al-mg en laminage, on définit les besoins d'un modèle prévisionnel par rapport à l'état de l'art thermo-mécanique (comportement des monocristaux et de l'agrégat, instabilité de ce comportement). On en déduit les demandes pour un nouveau type de modèle. on montre, en obtenant l'évolution de la texture dans un exemple a deux dimensions géométriques, qu'un modèle avec référentiel étendu, donne par le produit de l'espace des rotations des cristaux avec l'espace géométrique absolu usuel, peut répondre aux problèmes poses. on développe ensuite un modèle complet a trois dimensions géométriques tenant compte des déformations finies, de l'hétérogénéité, de l'anisotropie et de l'évolution de la texture suivant la déformation. Dans notre modèle l'apparition des bandes de cisaillement peut être détectée par une fraction critique de grains équi-orientés. On définit un passage micro-macro pour expliquer ce modèle : les grandeurs qui sont introduites sont des fonctionnelles de celles définies dans un polycristal microscopique classique. Cela résulte par une opération intégrale, dite de globalisation, donnant une image approchée de la microstructure du polycristal moyennant une mesure qui opère sur l'espace des orientations cristallines. On précise finalement les mathématiques a la base du modèle proposé, en reprenant les définitions classiques de la thermo-mécanique rationnelle de (w. noll) et en y introduisant le concept primitif d'uniformité de deux points matériels et en discernant deux événements simultanés et coïncident par leur phase dans un espace convenable. Cette étude axiomatique explique les passages utilises dans l'écriture du modèle de polycristal proposé.

Les résultats de cette recherche concernent trois volets :
Le volet théorique (partie I) présente une modélisation générale du comportement thermo-hydro-mécanique de sols non saturés. Le modèle prend en compte la déformation du squelette, la filtration des phases liquide et gazeuse, la diffusion de vapeur, la conduction de chaleur et le changement de phase liquide-vapeur. Cette modélisation est utilisée pour décrire le transport d'eau dans un sol non saturé en favorisant les phénomènes de filtration de liquide, de diffusion de vapeur d'eau et de changement de phase d'eau liquide-vapeur.
Le volet instrumental (partie II) porte sur la réalisation d'un banc de sorption et d'un dispositif de type plaque de pression en température. Ces matériels permettent de réaliser des essais de désaturation et de déterminer la courbe caractéristique sol-eau. Un autre aspect concerne la rénovation d'un appareil triaxial thermique en le dotant d'une instrumentation plus adaptée à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique de sols non saturés.
Le volet expérimental est double. Le premier aspect (partie III), relatif à l'étude de la désaturation et à la détermination de la courbe caractéristique d'une argile plastique et d'un sable limoneux argileux à 20°C et 60°C, porte sur la détermination d'un coefficient de transport en phase liquide. Le second aspect (partie IV) s'intéresse à la représentation de surfaces de charge dans le cas du sable limoneux argileux non saturé à différentes températures. Cette surface de charge présente un caractère thermo-extensif dont on propose une modélisation et une interprétation physique.

Par une étude bibliographique sur les bandes de cisaillement dans les alliages Al-Mg en laminage, on définit les besoins d'un modèle prévisionnel par rapport à l'état de l'art thermo-mécanique (comportement des monocristaux et de l'agrégat, instabilité de ce comportement). On en déduit les demandes pour un nouveau type de modèle. On montre, en obtenant l'évolution de la texture dans un exemple a deux dimensions géométriques, qu'un modèle avec référentiel étendu, donné par le produit de l'espace des rotations des cristaux avec l'espace géométrique absolu usuel, peut répondre aux problèmes posés. On développe ensuite un modèle complet à trois dimensions géométriques tenant compte des déformations finies, de l'hétérogénéité, de l'anisotropie et de l'évolution de la texture suivant la déformation. Dans notre modèle l'apparition des bandes de cisaillement peut être détectée par une fraction critique de grains équi-orientés. On définit un passage micro-macro pour expliquer ce modèle: les grandeurs qui sont introduites sont des fonctionnelles de celles définies dans un polycristal microscopique classique. Cela résulte par une opération intégrale, dite de globalisation, donnant une image approchée de la microstructure du polycristal moyennant une mesure qui opère sur l'espace des orientations cristallines. On précise finalement les mathématiques à la base du modèle proposé, en reprenant les définitions classiques de la thermo-mécanique rationnelle de (W. Noll) et en y introduisant le concept primitif d'uniformité de deux points matériels et en discernant deux évènements simultanés et coïncident par leur phase dans un espace convenable. Cette étude axiomatique explique les passages utilises dans l'écriture du modèle de polycristal proposé

Les transferts de chaleur constituent la base de nombreux processus industriels qui sont présents dans notre vie quotidienne. L’intensification de ces échanges et l’amélioration du rendement sont devenues aujourd’hui une problématique majeure dans le monde industriel, des organismes de réglementation mais aussi de la société dans son ensemble, qui prend conscience de l’épuisement progressif des ressources énergétiques et qui se soucie de l’avenir en matière énergétique. Face à ces enjeux énergétiques et environnementaux, Le défi technologique réside dans le développement de nouveaux processus pour une meilleure gestion de l’énergie. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce cadre, et concerne particulièrement les problèmes liés à l’intensification des échanges thermiques dans les échangeurs de chaleur. Les améliorations des échanges thermiques dites ‘passives’ sont une voie déjà largement élaborée et atteignent leurs limites. De nouvelles stratégies d’optimisation doivent donc être étudiées. Une de ces stratégies consiste à améliorer les propriétés thermiques des fluides caloporteurs utilisés dans les systèmes thermiques, notamment dans les échangeurs de chaleur. Des progrès importants en chimie ont permis dès la fin des années 90 de synthétiser des particules de taille nanométrique, qui, dispersées dans un liquide porteur, constituent des nanofluides. Leur synthèse répond au besoin d’améliorer les propriétés thermiques des fluides caloporteurs en y insérant une phase solide de conductivité thermique très élevée. Le fil directeur de ce travail consiste donc à caractériser de manière approfondie le comportement thermique et rhéologique des nanofluides à base de nanotubes de carbone NTC utilisés tout au long de ce travail afin de quantifier les principaux paramètres influençant leurs propriétés thermo-physiques et les phénomènes physiques régissant l’intensification des transferts thermiques induits par ces nanofluides. Une analyse des travaux de recherche antérieurs a été menée dans le but de s’affranchir des différents paramètres qui peuvent influencer le comportement thermique et rhéologique des nanofluides dont on citera les paramètres liés à la composition des nanofluides (fraction volumique des NTC, type de surfactant, rapport d’aspect des NTC), la température, le fluide de base… Suite à cette étude, nous avons mené une étude expérimentale sur les propriétés thermo-physiques des nanofluides testés (conductivité thermique, viscosité dynamique, masse volumique) et sur les performances thermiques dans un échangeur de chaleur. Nous avons présenté également une analyse des résultats de façon à étudier l’influence des paramètres évoqués ci-dessus. Les résultats obtenus sont comparés et discutés vis-à-vis des modèles classiques existants, en proposant des améliorations et des interprétations selon les tendances obtenues. Les résultats prometteurs de cette étude sont très encourageants et montrent que l’utilisation des nanofluides à base de nanotubes de carbone offre clairement une amélioration des performances thermiques par rapport aux fluides de base classiques. Les nanofluides à base de NTC peuvent constituer ainsi un débouché prometteur des transferts thermiques et présentent de bonnes perspectives et développement
Heat transfer is one of the most important industrial processes in our daily lives. Nowadays, the intensification of the heat transfer and the improving of the energy efficiency have become a major problem in industry, regulatory agencies, and also the society that becomes conscious of the progressive exhaustion of the world’s energy resources and cares about the future of energy. Due to these energy and environmental issues, the technological challenge is to develop new processes for better energy management. This work fits in that context and applies particularly the problems associated to the improvements of heat exchanger’s energy efficiency. The conventional methods for increasing the heat transfer in heat exchangers have already been extensively explored and have reached their objective limits. There is therefore an urgent need for new strategies with improved performances. The novel concept of improving the thermal properties of the working fluids used in thermal system, especially in heat exchangers, has been proposed as a means of meeting these challenges. The innovative concept of nanofluids heat transfer fluids consisting of suspended of nanoparticles with very high thermal conductivities has been proposed for these challenges. The aim of this work is therefore to characterize profoundly the thermal and the rheological behavior of nanofluids containing carbon nanotubes CNTs used throughout of this work. This is in order to quantify the main parameters influencing their thermophysical properties and physical phenomena governing the intensification of heat transfer induced by these nanofluids. An analysis of previous researches has been conducted for the purpose of establishing various parameters that may influence the thermal and rheological behavior of nanofluids, which including the parameters related to the composition of nanofluids (volume fraction of CNTs, type of surfactant, aspect ratio of CNTs), the temperature, the base fluid... Following this study, experiments have been carried out on the thermal physical properties of tested nanofluids (thermal conductivity, dynamic viscosity, density) and thermal performances in a heat exchanger. Analyses of the results have been presented in order to study the influence of the abovementioned parameters. The results obtained are compared and discussed vis-à-vis the existing conventional models, suggesting improvements and interpretations according to the trends obtained. The promising results of this study are very encouraging and show that the use of nanofluids containing carbon nanotubes clearly improved the thermal performances compared to the conventional base fluids. The CNT-based nanofluids can thus be a promising candidate for heat transfer and presents good perspective and development