Tesi sul tema "Propriétés d'écoulement"

Ce travail rassemble quelques resultats relatifs a un systeme d'equations aux derivees partielles modelisant un certain type d'ecoulements en milieux poreux. Les ecoulements etudies ici presentent une difficulte specifique, inherente au fait que la porosite est autorisee a varier au cours du temps suite a une reaction de dissolution de la matrice solide. On presente des resultats d'existence de solutions pour le systeme d'edp constitue d'une equation de reaction-diffusion couplee a une equation elliptique et une equation differentielle ordinaire, dans le cas bidimensionnel. Le systeme modelisant les solutions sous forme d'ondes progressives est aussi etudie. Enfin, un modele plus sophistique prenant en compte un bilan d'eutropie est presente

Les depots d'asphaltenes en cours de production peuvent perturber l'exploitation de certains gisements : le champ d'hassi messaoud en est un exemple connu. L'objet de cette etude est focalise essentiellement sur l'aspect endommagement de la formation proprement dite. Une methodologie a ete developpee, permettant de determiner les proprietes d'ecoulement en milieu poreux des huiles asphalteniques dans des conditions proches de celles d'un reservoir et de detecter la formation de depots in situ. Ayant selectionne plusieurs types de roche de morphologie et mineralogie differentes, il a ete montre avec plusieurs huiles asphalteniques d'origine geographique variee, qu'il etait possible d'evaluer au laboratoire, la reduction de permeabilite a l'huile resultant d'un depot d'asphaltenes au cours de la circulation d'huile brute dans les echantillons. Il a ete observe que l'evolution du colmatage des carottes en fonction du volume de fluide injecte est similaire a la cinetique de colmatage cree par la retention de particules solides en suspension dans les eaux d'injection. Cette similitude des phenomenes a conduit a utiliser les modeles d'endommagement particulaire developpes dans ce dernier cas. Plusieurs experiences de colmatage par les asphaltenes ont pu etre ainsi simulees de facon satisfaisante, montrant qu'une telle approche merite d'etre developpee malgre les differences qui distinguent les deux types de suspension colloidales. En ce qui concerne les remedes possibles aux depots d'asphaltenes, la methode de traitement par injection ou squeeze de co-solvants a ete etudiee avec les meme systemes (roche/huile brute). Pour la selection des solvants et additifs appropries, une methodologie a ete etablie basee sur l'application de la theorie de hansen pour ajuster la polarite des solvants a la nature chimique des asphaltenes a eliminer, combinee a une serie de tests in vitro avec les asphaltenes separes et les mineraux de la roche reservoir. L'efficacite des co-solvants ainsi selectionnes a ete verifiee par injection sous forme de bouchons dans des carottes qui avaient ete endommagees par les asphaltenes. Plusieurs exemples montrent une amelioration sensible du traitement par comparaison avec l'injection usuelle de xylene ou de toluene. Une telle approche est susceptible d'aider a l'optimisation des traitements de puits par solvants, pratique couramment utilisee pour restaurer la productivite des puits endommages par les depots organiques.

L'intérêt porté aux milieux fracturés s'est développé dans le cadre de l'exploitation des nappes phréatiques et pétrolifères et la recherche de sites de stockage souterrains pour les déchets nucléaires de longue durée de vie. Les fractures peuvent en effet offrir des voies préférentielles d'écoulement beaucoup plus perméables que le milieu non fracturé environnant (matrice). Les fractures sont caractérisées par des distributions de longueurs et de perméabilités très larges. Lorsque elles sont interconnectées, elles forment des réseaux complexes de perméabilité variable dans lesquels les flux sont très chenalisés.
Le but de ce travail de thèse a été de rechercher les modèles de réseaux cohérents avec les observations locales (distributions de longueurs et d'ouvertures) et globales (à l'échelle du réseau). Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une approche pluridisciplinaire destinée à utiliser des données obtenues à des échelles différentes (par exemple essais de puits et données de carottage). Des modèles de réseaux bidimensionnels prenant en compte les larges distributions de longueurs et d'ouvertures ont été étudiés numériquement et théoriquement. Les résultats montrent une grande diversité de structures d'écoulement allant de la fracture unique concentrant l'intégralité du flux au modèle homogène. Le type de structure d'écoulement dépend non seulement de la densité et des distributions de longueurs et de perméabilité de fractures mais aussi de l'échelle d'observation. Dans la plupart des modèles, une échelle de transition marque le passage de structures complexes extrêmement chenalisées à des milieux dans lesquels le flux se répartit dans différentes structures indépendantes. L'évolution des structures d'écoulement s'accompagne d'une dépendance d'échelle des propriétés hydrauliques telles que la perméabilité. La perméabilité croît jusqu'à la longueur de transition avant de se stabiliser aux échelles supérieures. Cette démarche de modélisation, fondée sur des observations effectuées à des échelles locales (caractéristique de la fracturation) et validée à des échelles globales (échelles du réservoir), fournit une large gamme de modèles d'écoulement admissibles et théoriquement spécifiables à partir de données de terrain. La modélisation a été étendue à la détermination de la connectivité de réseaux d'ellipses tridimensionnels.
Les modèles d'écoulement les plus pertinents mis au point en régime permanent ont été étudiés en régime transitoire. Les évolutions spatiales et temporelles du rabattement dépendent des propriétés topologiques et métriques du réseau de fractures. Une analyse en fonction de la distance des essais de puits effectués sur le site de Ploemeur (Morbihan) a permis d'obtenir des résultats similaires sur un site naturel. Cependant aucune correspondance totale n'a pu être dégagée, peut être à cause de la nature éventuellement tridimensionnelle du réseau naturel. Au-delà de la prédiction des tendances moyennes, les modèles étudiés sont destinés à fournir une évaluation de la précision de la prédiction en fonction de la quantité de données disponibles. Du point de vue décisionnel, il s'agit de pouvoir estimer le risque associé à la nature incomplète des données de terrain.

L'interet porte aux milieux fractures s'est developpe dans le cadre de l'exploitation des nappes phreatiques et petroliferes et de la recherche de sites de stockage souterrains pour les dechets nucleaires de longue duree de vie. Les fractures etant generalement beaucoup plus permeables que le milieu environnant, l'ecoulement est fortement concentre dans un reseau de fractures complexe. La complexite du reseau provient a l'echelle locale des larges distributions de longueurs et de permeabilites de fracture et se manifeste a l'echelle globale du reseau par la chenalisation du flux dans un nombre limite de fractures et par une croissance de la permeabilite avec l'echelle. Le but de cette these a ete de rechercher les modeles de reseaux coherents avec les observations locales et globales. Les modeles de reseaux bidimensionnels montrent une grande diversite de structures d'ecoulement allant de la fracture unique concentrant l'integralite du flux au modele homogene. Le type de structure d'ecoulement depend non seulement de la densite et des distributions de longueurs et de permeabilites de fracture mais aussi de l'echelle d'observation. Dans certains modeles, une echelle de transition marque le passage de structures complexes extremement chenalisees a des milieux dans lesquels le flux se repartit dans differentes structures independantes. Ces modeles, fondes sur des caracteristiques locales et valides par des observations globales, ont ete etablis en regime permanent. En regime transitoire, des simulations d'essais de puits effectues sur ces modeles ont ete comparees aux resultats obtenus sur le site de ploemeur (morbihan). Le bon accord obtenu entre modele et donnees renforce la pertinence des modeles. Une fois valides et calibres, les modeles sont destines a estimer les proprietes hydrauliques moyennes de milieux fractures naturels et le risque associe a leur meconnaissance.

Cette thèse traite de la caractérisation des relations entre les propriétés microstructurales et les propriétés physiques des milieux fibreux cellulosiques. Les propriétés microstructurales sont estimées par analyse d’images 3D obtenues à partir de microtomographies à rayons X synchrotron d’échantillons de papiers industriels et de laboratoire. Les tenseurs de conductivité thermique et de perméabilité de ces milieux fibreux sont estimés en résolvant numériquement des problèmes aux limites issus de l’homogénéisation périodique sur des Volumes Elémentaires Représentatifs (VER) extraits des microtomographies. Une attention particulière a été portée sur la détermination du VER associé à chaque propriété (structurale et physique) en utilisant des approches ″déterministe″ et ″statistique″. En particulier, ces VER sont exprimés en fonction du nombre d’hétérogénéités de la microstructure, représentées par les longueurs de covariance, et en fonction de la précision souhaitée. Les estimations de propriétés sont comparées à des mesures expérimentales pour validation. Enfin, l’influence, sur ces propriétés physiques, de différents paramètres microstructuraux (porosité, fraction volumique de charges, gradient de microstructure…) résultants du processus de fabrication de ces matériaux, est mise en évidence
This thesis deals with the characterization of the relationship between microstructural properties and physical properties of fibrous cellulosic media. The nicrostructural properties were estimated by analysis of 3D images obtained from synchrotron X-ray microtomographies of industrial and laboratory paper ;amples. The thermal conductivity tensor and the permeability tensor of the fibrous media are estimated by solving numerically the boundary problems, Irising from the periodic homogenization, on representative elementary volume (REV) extracts from the microtomographies. Particular attention was paid to he determination of REV associated with each property (structural and physlcal) using determinlstic and statistic approaches. Ln particular, these REV are !xpressed ln terms of number of heterogeneities of the microstructure, represented by the lengths of covariance, and depending on the desired precision. Ne estimated properties are compared with experimental measurements for validation. Finally, the influence on the physical properties of different nicrostructural parameters (porosity, volume fraction of fillers, microstructure gradient. . . ) resulting from the manufacturing process of these materials is lighlighted

En vue de contrôler les émissions de gaz à effet de serre, il est envisagé d’injecter du CO2 dans des réservoirs géologiques. Or le CO2 n'est pas un gaz inerte. En modifiant la composition chimique de l'eau in situ, il est à l'origine d'interactions roche/fluide. Ces réactions géochimiques impactent les propriétés d'écoulement. Aussi, pour s'assurer de la viabilité et de la pérennité du stockage, les opérateurs ont besoin de simulations tenant compte de ces écoulements réactifs. Cependant les paramètres de l'équation macroscopique de transport utilisée sont affectés par les réactions surfaciques. Or, ces spécificités dues au transfert de masse ne sont pas prises en compte actuellement. De même, la loi perméabilité-porosité (K-F) n’est estimée que semi-empiriquement. Le but de cette thèse a été de développer une méthode pour obtenir les coefficients macroscopiques précédents et les relations K-F, en résolvant les équations gouvernant les phénomènes à l'échelle du pore. Pour ce faire, nous avons utilisé l'approche réseau de pores. L'avantage du modèle réseau est qu'il prend en compte explicitement la structure tout en conceptualisant cette dernière à un ensemble de pores et de canaux à la morphologie simplifiée (sphères, cylindres). L'étude est basée sur deux changements d'échelles successifs : du local au pore, puis du pore à la carotte. Le problème de transport réactif est résolu pour des éléments basiques, analytiquement ou numériquement. Puis, en faisant appel aux solutions précédemment trouvées, le transport réactif est traité sur l'ensemble du réseau. Notre model fut validé par des observations sur micromodèles, puis à l'aide d'une expérience d'altération acide
The geological storage of CO2 is considered as an attractive option to reduce the greenhouse gas emissions in the atmosphere. CO2 is not an inert gas, however. Its dissolution in brine forms a weak acid that has the potential to react with the host rock formation. The induced pores structure modification impacts the flow properties. Thus, to ensure the viability and sustainability of CO2 storage, operators need simulations that take into account the specificities of reactive transport. However, the macroscopic coefficients of the reactive transport equation are modified from the values of an inert tracer by surface reactions. These specificities due to mass transfer are currently not considered. Similarly, the permeability-porosity (K-F) relationship is only estimated semi-empirically. The aim of this thesis was to develop a method to obtain the macroscopic coefficients and the K-F laws, by solving the equations governing the pore-scale phenomena. To do this, we used the Pore Network Modelling approach (PNM). The advantage of the PNM is that it explicitly takes into account the pore structure, while conceptualizing the latter to a set of pores and throats whose morphology is simplified into spheres or cylinders for instance. The study is based into two successive upscalings: from local-scale to pore-scale, then from pore-scale to core-scale. The reactive transport problem is solved for basic elements, analytically or numerically. Then, using the solutions previously found at the pore scale, the reactive transport phenomena are treated throughout the network. Our model was validated by observations on micromodels and by a comparison with an acid-induced alteration experiment

Nous étudions des suspensions concentrées de particules non-colloïdales de PVC. Ces suspensions, appelées plastisols, sont utilisées principalement pour la fabrication de revêtements de sols.Elles présentent notamment un phénomène de rhéoépaississement (hausse de la viscosité en cisaillant). Nous montrons que cela provient des forces de frottement entre particules. En effet, à l’aide d’un microscope à force atomique, nous sommes pour la 1ère fois capable de relier directement la contrainte macroscopique d’apparition du rhéo-épaississement à la contrainte microscopique d’apparition de la friction solide entre particules.Nous caractérisons la viscosité de la suspension jusqu’à 100 000 s-1 et nous observons qu’une plus grande polydispersité limite le rhéoépaississement. Les différences de contraintes normales N1 et N2 sont aussi mesurées. Par ailleurs, des mesures à l’aide de rayons X ou d’ultrasons ne montrent aucune migration de particules sous cisaillement.Nous montrons également que la géométrie a un fort impact sur l’écoulement de la suspension concentrée. Un entrefer plus petit provoque une baisse de la viscosité et retarde le rhéoépaississement. Une approche non-locale permet de rationaliser les résultats.La substitution de particules de PVC par des particules de CaCO3 modifie profondément la viscosité et la densité d’empilement maximum. Nous développons alors des modèles simples pour modéliser ces effets. En outre, nous mesurons l’impact sur la rhéologie d’un éventuel surfactant à la surface des particules.Nous avons pu finalement étudier des instabilités observées en étalant ces suspensions à haute vitesse. Une instabilité de surface est d’abord observée. A plus haute vitesse, un dépôt se forme en aval sur le couteau. Nous corrélons ces instabilités avec l’apparition de différences de contraintes normales
Highly concentrated and non-colloidal suspensions consisting of micrometric PVC particles dispersed in a liquid phase, were studied. These suspensions, called plastisol, are mostly used in vinyl flooring manufacture.A key feature of these suspensions is shear-thickening, since viscosity greatly increases as a function of the applied shear rate. This phenomenon is explained as being related to frictional forces between particles. Indeed, using an Atomic Force Microscope, we were able, for the first time, to link the macroscopic stress, at which shear-thickening appears, with the microscopic stress needed to enter a frictional regime.We then characterize the suspension viscosity up to 100 000 s-1. We observed that shear thickening is lowered with a more polydisperse powder. Large normal stress differences N1 and N2 were also measured, along with shear thickening. In addition, using both X-ray radiography and ultrasound, no particle migration in the sheared suspension could be detected.We also found that geometry plays a major role in the features of the flow of concentrated suspensions. For a smaller gap, the viscosity is lower and shear-thickening is pushed to higher shear rates. A non-local approach accounts for our experimental results.Replacing a number of PVC particles with CaCO3 particles changes both the viscosity and the maximum packing fraction quite dramatically. For both of these, we developed simple models that matched quite well with the experimental data. Moreover, we elucidate the rheological changes resulting from adding surfactant at the surface of each particle type.Finally, we investigated some instabilities observed while coating at high speed. At a moderate speed, a ribbing phenomenon appears. At a higher speed, a deposit is formed on the knife (downstream). The appearance of these instabilities correlates with normal stress differences

Nous étudions des suspensions concentrées de particules non-colloïdales de PVC. Ces suspensions, appelées plastisols, sont utilisées principalement pour la fabrication de revêtements de sols.Elles présentent notamment un phénomène de rhéoépaississement (hausse de la viscosité en cisaillant). Nous montrons que cela provient des forces de frottement entre particules. En effet, à l’aide d’un microscope à force atomique, nous sommes pour la 1ère fois capable de relier directement la contrainte macroscopique d’apparition du rhéo-épaississement à la contrainte microscopique d’apparition de la friction solide entre particules.Nous caractérisons la viscosité de la suspension jusqu’à 100 000 s-1 et nous observons qu’une plus grande polydispersité limite le rhéoépaississement. Les différences de contraintes normales N1 et N2 sont aussi mesurées. Par ailleurs, des mesures à l’aide de rayons X ou d’ultrasons ne montrent aucune migration de particules sous cisaillement.Nous montrons également que la géométrie a un fort impact sur l’écoulement de la suspension concentrée. Un entrefer plus petit provoque une baisse de la viscosité et retarde le rhéoépaississement. Une approche non-locale permet de rationaliser les résultats.La substitution de particules de PVC par des particules de CaCO3 modifie profondément la viscosité et la densité d’empilement maximum. Nous développons alors des modèles simples pour modéliser ces effets. En outre, nous mesurons l’impact sur la rhéologie d’un éventuel surfactant à la surface des particules.Nous avons pu finalement étudier des instabilités observées en étalant ces suspensions à haute vitesse. Une instabilité de surface est d’abord observée. A plus haute vitesse, un dépôt se forme en aval sur le couteau. Nous corrélons ces instabilités avec l’apparition de différences de contraintes normales
Highly concentrated and non-colloidal suspensions consisting of micrometric PVC particles dispersed in a liquid phase, were studied. These suspensions, called plastisol, are mostly used in vinyl flooring manufacture.A key feature of these suspensions is shear-thickening, since viscosity greatly increases as a function of the applied shear rate. This phenomenon is explained as being related to frictional forces between particles. Indeed, using an Atomic Force Microscope, we were able, for the first time, to link the macroscopic stress, at which shear-thickening appears, with the microscopic stress needed to enter a frictional regime.We then characterize the suspension viscosity up to 100 000 s-1. We observed that shear thickening is lowered with a more polydisperse powder. Large normal stress differences N1 and N2 were also measured, along with shear thickening. In addition, using both X-ray radiography and ultrasound, no particle migration in the sheared suspension could be detected.We also found that geometry plays a major role in the features of the flow of concentrated suspensions. For a smaller gap, the viscosity is lower and shear-thickening is pushed to higher shear rates. A non-local approach accounts for our experimental results.Replacing a number of PVC particles with CaCO3 particles changes both the viscosity and the maximum packing fraction quite dramatically. For both of these, we developed simple models that matched quite well with the experimental data. Moreover, we elucidate the rheological changes resulting from adding surfactant at the surface of each particle type.Finally, we investigated some instabilities observed while coating at high speed. At a moderate speed, a ribbing phenomenon appears. At a higher speed, a deposit is formed on the knife (downstream). The appearance of these instabilities correlates with normal stress differences

Afin de réduire le bruit de soufflante, les parois d'entrée des nacelles de réacteurs d'avion sont traitées par des plaques de nids d'abeille perforés. Si l'absorption de ces matériaux résonants peut être analytiquement prédite à faible niveau sonore et en l'absence d'écoulement, ce n'est pas le cas en conditions réelles d'emploi, à forte intensité acoustique et en présence d'un écoulement rasant. Dès lors, en vue d'une amélioration de leurs propriétés d'absorption, une meilleure compréhension de leurs mécanismes de dissipation et des variations d'impédance associées est nécessaire : c'est l'objet de ce travail de thèse. La réponse d'un résonateur à différents types d'excitations est donc simulée numériquement, par le biais de calculs tridimensionnels directs (résolution des équations de Navier-Stokes compressibles) menés avec le code de mécanique des fluides et d'énergétique CEDRE, développé à l'ONERA. Dans un premier temps, les effets d'une augmentation de niveau sonore sur le comportement acoustique du résonateur sont mis en évidence et évalués, en incidence normale puis en incidence rasante, par des approches « globales » (ne nécessitant la connaissance que des champs fluctuants dans des zones éloignées du col du résonateur) et« locales» (à partir des champs fluctuants relevés sur la face d'entrée du col). L'efficacité relative des mécanismes de dissipation par frottements visqueux et par lâchés tourbillonnaires est étudiée et la notion d'absorption« non-linéaire» est reprécisée. Dans un second temps, le cas plus complexe d'une excitation sonore couplée à un écoulement stationnaire de nombre de Mach 0. 1 est abordé. Les non-linéarités supplémentaires engendrées par la présence de l'écoulement sont mises en évidence par simulation numérique et validées par confrontation à des mesures réalisées par Vélcimétrie Laser Doppler sur le banc aéro-therrno-acoustique de l'ONERA. Leur impact sur l'impédance du résonateur est quantifié, les résultats obtenus étant alors comparés à divers modèles empiriques
Perforated honeycomb panels are set in the aircraft inlet nacelles to reduce fan noise. The absorption of these resonant liners can be analytically predicted at low sound level, without a flow, but not when they are excited by high-level sound waves coupled with a grazing flow. Therefore, in order to improve their acoustic properties, a better understanding of their dissipation mechanisms and of the associated variations of their impedance is needed: this is the purpose of this PhD work. To achieve this aim, the behavior of a resonator impacted by different kinds of excitations is numerically computed, by three-dimensional direct numerical simulations (the compressible Navier-Stokes equations are solved) performed on the ONERA CFD CEDRE code. The effects of a rise of sound level over the acoustic properties of the resonator are first highlighted and evaluated, for a normal incidence and then for a grazing one, by "global" approaches (based only on the fluctuating fields in areas far from the resonator opening) and "local'' approaches (based on the fluctuating fields in the opening inlet). The relative efficiency of the dissipation mechanisms by wall friction and by vortex shedding is studied and the nature of the nonlinearity of absorption is clarified and discussed. The more complex configuration of an acoustic excitation coupled with a stationary 0. 1 Mach number flow is then studied. The additional nonlinearities generated by the presence of the flow are highlighted by numerical simulation and validated by comparison with Laser Doppler Velocimetry measurements carried out on the aero­therrno-acoustic bench of ONERA. Their impact on the impedance of the resonator is quantified, the results being ultimately compared to empiric models

Comprendre et soigner les pathologies respiratoires chroniques constituent des enjeux médicaux croissants du fait des modifications de nos modes de vie et de notre environnement. L’épithélium des voies respiratoires assure le rôle de première barrière contre les agressions extérieures grâce à la fonction muco-ciliaire. Les deux éléments fonctionnels de la fonction muco-ciliaire sont la couche de mucus sécrétée par l’épithélium et le battement des cils des cellules ciliées qui contribue à la mise en mouvement de cette couche et à son évacuation des bronches. Le mucus est un fluide complexe et hétérogène et ses propriétés mécaniques couplées aux mécanismes de coordination des cils restent encore mal compris. Mes travaux de thèse ont porté sur une approche biophysique de ces mécanismes. Premièrement, l’étude de la rhéologie du mucus a été menée à deux échelles : en macro-rhéologie de cisaillement et par micro-rhéologie active grâce aux pincettes optiques. Les pincettes optiques permettent également des mesures in situ sur le tissu et des mesures d’adhésion. L’utilisation de la rhéologie comme marqueur des pathologies respiratoires chroniques a été explorée. Deuxièmement, la quantification et la compréhension de la coordination spatiotemporelle de l’activité ciliaire et du transport du mucus engendré ont été conduites, en développant un nouvel outil de traitement d’images de vidéo-microscopie et d’analyse de données
Understanding and treating chronic respiratory diseases are growing medical challenges due to changes in our lifestyles and environment. The epithelium of the respiratory tract is the first barrier against external aggression, in particular thanks to the mucociliary function. Functional elements are the mucus layer lining the tissue and the beating of cilia from the ciliated cells of the epithelium. Mucus is a complex and heterogeneous fluid that acts as a protective barrier by trapping particles and pathogens present in the inhaled air, while the coordination of the cilia beating allows the directed transport of the mucus layer and its evacuation from the bronchi. The mechanical properties of mucus coupled with the coordination mechanisms of beating cilia are still poorly understood. My thesis work focused on two biophysical aspects of these mechanisms: i) the study of mucus rheology at two scales, in macro-rheology and by active micro-rheology using optical tweezers directly on the tissue; ii) the understanding and quantification of the spatiotemporal coordination of ciliary activity and on the associated mucus transport, by developing a new tool for processing video-microscopy images and data analysis

Nous avons étudié les propriétés rhéologiques et optiques des solutions micellaires viscoélastiques. Nous nous sommes focalisé sur une solution de CTAB/NaSal (50/100 mM). La courbe d'écoulement, après un plateau de contrainte caractéristique des écoulements hétérogènes, présente un rhéoépaississement apparent dans un étroit domaine de taux de cisaillement. L'étude de la réponse transitoire sous cisaillement a montré que la contrainte tangentielle  et la première différence des contraintes normales N1 oscillent en phase. L'objectif principal de ce travail est de corréler les résultats de rhéologie, les observations d'optique et les mesures de vélocimétrie pour tenter d'apporter des informations sur les mécanismes à l'origine de ces variations périodiques de la contrainte en fonction du temps. L'observation directe de l'entrefer de la cellule de Couette éclairée par une large nappe de laser perpendiculaire à la vorticité, montre clairement des variations de la turbidité de la solution avec la même période que celle de la contrainte. Ces variations périodiques sont liées aux fluctuations de concentration de la phase induite par le cisaillement (SIS). Néanmoins des mesures complémentaires de vitesses locales ont montré clairement la présence de glissement aux parois de la cellule de Couette. Dans le régime rhéoépaississant les vitesses locales présentent des fluctuations périodiques ce qui pourrait être la cause des oscillations de la contrainte
We have studied rheological and optical properties of viscoelastic micellar solutions. We focus on a specific solution of CTAB/NaSal (50/100 mM), which shows, apparent shear-thickening in a narrow range of shear rates after a perfect plateau of shear stress characteristic of shear-banding. In this regime, in phase oscillations of the shear stress and of the first normal stress difference are recorded in a shearing device operating under controlled strain. The main goal of this work consists in finding correlations between rheological reponses, optical observations and ultrasonic velocimetry measurements in order to bring information on the mechanism which leads to the formation of these time periodic variations of shear stress. The direct observation of the annular gap of a Couette cell in a direction perpendicular to a plane containing the vorticity shows that the turbidity of the whole sample also undergoes time dependent variations with the same period as the shear stress; these variations are related to a periodic variations of the concentration of shear induced structures (SIS). However local velocity measurements reveal clearly the presence of slip at the walls of the Couette cell. In the shear-thickening regime, velocities present periodic fluctuations which probably induce shear stress oscillations

Avec 20% de la consommation d’électricité mondiale, l’industrie de la réfrigération et de la climatisation est l’un des secteurs les plus consommateurs d’énergie. Parmi les solutions pour réduire l’empreinte carbone dans le domaine du froid et climatisation, il est possible de mettre en œuvre des fluides neutres vis-à-vis de l’environnement dans des systèmes de réfrigération secondaire dont le rôle sera de transporter l’énergie depuis le lieu de production (contenant le réfrigérant primaire) vers les lieux d’utilisation. Actuellement l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) dans les systèmes de réfrigération secondaire (pour former un coulis de MCP) est une conception innovante en plein développement.Cette étude concerne un procédé de réfrigération secondaire reposant sur l’emploi de coulis d’hydrates de gaz comme FFD. Les hydrates mixtes de gaz, qui se forment à partir d’eau et du CO2 et du cyclopentane (CP) sont étudiés dans ce travail. Les premières expériences se sont focalisées sur l’étude des équilibres quadri phasiques (CO2, eau liquide, cyclopentane liquide et hydrate). La présence du cyclopentane comme promoteur à la formation des hydrates mixtes CP + CO2 permet la formation des hydrates à basse pression et température modérée. Une deuxième étude des conditions d’écoulements du coulis d’hydrates de cyclopentane et du coulis d’hydrates mixtes CP + CO2 est réalisée dans une boucle de circulation dynamique pour différentes concentrations en cyclopentane alllant de 3wt% à 15wt%. Les paramètres rhéologiques (viscosité, comportement d’écoulement…) relatifs à ces deux types de coulis sont comparés. L’étude rhéologique a permis de mettre en évidence le comportement rhéofluidifiant du coulis d’hydrates pour des concentrations en cyclopentane. En outre, le comportement rhéologique du coulis d’hydrates mixtes CP + CO2 a montré une évolution dans le temps. Les premiers résultats de la caractérisation thermique au niveau d’un tube chauffant complètent ce travail
With 20% of electricity consumption worldwidel, refrigeration and air conditioning (RAC) industry is one of the most energy-intensive sector. Among the solutions to reduce RAC carbon footprint, it is possible to implement environment-friendly fluids in indirect refrigeration systems which roled is to carry thermal energy from the cold production machine (containing primary refrigerant) to the places of use. indirect refrigeration systems using secondary refrigerants thus greatly reduces primary refrigerant amount (by about a factor of 10). Currently, the use of phase change materials (PCM) in indirect refrigeration systems (to form PCM slurry) is an innovative design in development. They improve the process by increasing the energy density of the fluid. Currently, the use of phase change materials (PCMs) in secondary refrigeration systems (to form a PCM slurry) is an innovative design in full development.This study focused on a secondary refrigeration process based on the use of gas hydrate slurry as MCP. Mixed gas hydrates, which are formed with water and CO2 and cyclopentane (CP) are studied in this work. The first experiments focused on the study of four-phase equilibria (CO2, liquid water, liquid cyclopentane and hydrate). The presence of cyclopentane as a promoter to the formation of mixed CP + CO2 hydrates allows the formation of hydrates at low pressure and moderate temperature. A second study of the flow conditions of the cyclopentane hydrate slurry and the CP + CO2 mixed hydrate slurry is performed in a dynamic circulation loop at different cyclopentane fractions ranging from 3 wt% to 15 wt%. The rheological parameters (viscosity, flow behavior...) related to these two types of slurries are compared. The rheological study allowed to highlight the shear-thinning behavior of the hydrate slurry for differents cyclopentane fractions. In addition, the rheological behavior of the mixed CP + CO2 hydrate slurry showed an evolution in time. The first results of the thermal characterization at a heating tube complete this work

La thèse de doctorat propose la description physiquement cohérente de la limite d'élasticité du matériau sur la base des résultats des expériences associées à des simulations FEM. L'approche théorique est basée sur l'hypothèse de de la limite d'élasticité du matériau de Burzynski. L'hypothèse de l'effort de matériau est dérivée de la définition de l'énergie de fin de course variable de changement de volume et de distorsion. En cas particuliers, les critères comprennent asymétrie de gamme élastique et, sous une forme élargie, il est applicable aux matériaux initialement anisotropes. La thèse a démontré la nécessité de fournir une vue intégrée sur des expériences et des simulations numériques afin d'obtenir la description de l'apparition de la plasticité. Pour atteindre cet objectif, une méthodologie spécifique a été développé- la procédure qui combine des techniques expérimentales avec les simulations numériques pris en charge par la description précise du comportement des matériaux. Comme une partie de l'approche de modélisation numérique, les analyses numériques été effectuées afin de corriger les inexactitudes des résultats expérimentaux présentés. En outre, la Burzynski condition isotrope a été mis en oeuvre dans la méthode des éléments finis via UMAT (user subroutine for ABAQUS). La versatilité du rendement description est illustrée par l'application de matériaux à structure amorphe et différents systèmes de cristaux cubiques: la structure FCC (face centered cubic) et BCC (body centered cubic). A titre d'exemples: - un matériau de type FCC structure - OFHC Cu, Oxygen Free High Conductivity Copper, un matériau de type BCC structure - E335, acier non allié de haute résistance et l'exemple des matériaux amorphes - polycarbonate (PC) et biopolymères (PLA/PBAT). Pour les matériaux les analyses précises ont été effectuées afin d'obtenir des propriétés microstructurales et mécaniques via large gamme de tests de résistance dans diverses conditions de chargement. Le nombre de données exemplaires trouvés dans la littérature des matériaux sensibles à la pression et/ou initialement anisotrope ont été analysés. Il a été prouvé que les critères proposés donnent approximation précise de l'état du début de la plasticité par rapport à d'autres conditions d'usage courant. Les critères résultant semblent être une méthode universelle et largement applicable d'obtenir la description de l'apparition de la plasticité
This thesis proposes physically consistent description of the elastic limit of the material on the basis of the results associated with FEM simulations experiments. The theoretical approach is based on the assumption that the limit of elasticity of material Burzynski. The hypothesis effort material is derived from the definition of the end energy of variable stroke volume change or distortion. In special cases, the criteria include asymmetry elastic range and in an expanded form, it is applicable to initially anisotropic materials. The thesis has demonstrated the need to provide an integrated view on experiments and numerical simulations to obtain the description of the onset of plasticity. To achieve this goal, a specific methodology was developed - the procedure which combines experimental techniques with numerical simulations supported by a precise description of the behavior of materials. As part of the approach to numerical modeling, numerical analyzes were performed to correct the inaccuracies of the experimental results presented. In addition, Burzy?ski isotropically been implemented in the finite element method via UMAT (user subroutine for ABAQUS). The versatility of description performance is illustrated by the application of materials with amorphous structure and cubic crystals of different systems: structure FCC (face centered cubic) and BCC (body centered cubic). Examples : - type material FCC structure - OFHC Cu, Oxygen Free High Conductivity Copper material BCC structure type - E335 , not alloyed high strength and example of the amorphous steel materials - polycarbonate (PC) and biopolymers ( PLA / PBAT ) . Materials for specific analyzes were performed to obtain microstructural and mechanical properties via wide range of stress tests in various loading conditions. The number of copies of data found in the literature of the pressure sensitive and / or anisotropic materials was initially analyzed. It has been proven that the proposed criteria provide accurate approximation of the state of early plasticity in relation to other terms in common use. The resulting criteria appear to be universal and widely applicable method of obtaining a description of the appearance of the plasticity

Dans ce travail, on etablit, tout d'abord, un resultat d'existence de solutions faibles pour un modele d'ecoulement triphasique incompressible en milieu poreux; ce modele se presente sous la forme d'un systeme parabolique degenere pour lequel nous degageons une condition suffisante qui assure l'existence d'au moins une solution. Nous proposons ensuite un algorithme numerique adapte a la simulation des ecoulements triphasiques a une phase compressible pour lequel nous donnons des proprietes partielles de stabilite. Dans la deuxieme partie de ce travail, on etablit l'existence d'ensembles inertiels de dimension fractale finie pour un modele de convection naturelle en milieu poreux

Cette thèse a pour but d'étudier une nouvelle décharge nanoseconde pulsée à barrière diélectrique basée sur 3 électrodes (SL-DBD pour « SLiding DBD » en anglais), de la comparer à la décharge nanoseconde conventionnelle utilisant 2 électrodes (NS-DBD), et d'évaluer sa capacité à être utilisée soit comme capteur de vitesse pariétale, soit comme actionneur électromécanique pour le contrôle d'écoulement. Dans la première partie, les propriétés électriques des deux décharges sont caractérisées, permettant ainsi d'identifier le paramètre électrique clé qui permet de passer d'un régime de décharge à un autre. Des visualisations par caméra intensifiée ont confirmé cette transition lorsque le champ électrique moyen devient supérieur à 6.5 kV/cm. Des diagnostiques mécaniques (Schlieren et mesures de pression) ont permis de caractériser précisément l'onde de pression générée par les deux décharges.Ensuite, l'influence d'un écoulement sur le comportement électrique de la SL-DBD a été étudiée, mettant en évidence que le courant « collecté » par l'électrode (3) était à peu près proportionnel à la vitesse de l'écoulement en proche paroi. Même s'il reste encore de nombreux points à vérifier, ce résultat encourageant permet d'envisager l'utilisation de la SL-DBD comme capteur de vitesse et/ou de frottement pariétal.Enfin, la troisième partie est consacrée à l'effet de la SL-DBD sur des écoulements aérodynamiques, dans le but de les manipuler. Plusieurs configurations ont été étudiées (profil d'aile, marche descendante, plaque plane) et les résultats ont permis de montrer la complexité des phénomènes physiques à l'origine du contrôle, sans pour autant pouvoir totalement les expliquer
This thesis aims to study new design of nanosecond pulsed dielectric barrier discharge in 3 electrodes configuration: the sliding discharge (SL-DBD), to compare it to the conventional nanosecond DBD in 2 electrodes geometry (NS-DBD) and to show also its capacity to be used as a friction velocity or wall shear stress sensor and to be used as electromechanical actuator for flow control.In its first part, the electrical properties of these two discharges are characterized and point out the key parameter governing the transition of one regime to another. The visualizations with an intensified camera confirm this transition when the mean electric field increases over 6.5 kV/cm. Therefore they extend further and cover the inter-electrode gap. Mechanical diagnostics (Schlieren and pressure measurements) characterize the pressure wave generated by these discharges. In the second part, the electrical characterization of the SL-DBD under flow conditions shows that the courant « collected » by the third electrode is almost proportional to the wall flow velocity. However, even if other studies needed to be performed, these encouraging results reveal the ability of the SL-DBD to be used as a friction velocity or a wall shear stress sensor. Finally, the third part is addressed to the effect of the SL-DBD on aerodynamics flows in order to manipulate them. Several configurations are studied (airfoil, backward facing step, flat plate) and the results have shown the complexity of the physicals phenomena governing the control authority, without being able to fully explain them

Le colmatage membranaire demeure l’un des verrous majeurs des bioréacteurs à membrane (BAM). Ces travaux visent à apporter une contribution à la compréhension de la dynamique de structuration de dépôts complexes formés lors de la filtration frontale de (bio)fluides et son impact sur les performances de filtration. Pour cela, différents outils permettant la mesure in-situ des propriétés structurelles locales des dépôts ont été utilisés de manière à pouvoir relier ces propriétés aux performances globales de filtration. Les propriétés électrocinétiques des dépôts ont également été étudiées. Deux méthodes, l’une optique et l’autre acoustique, ont été utilisées pour caractériser les propriétés structurelles locales des dépôts (épaisseur, cinétique de croissance). Dans un premier temps, les épaisseurs obtenues par les méthodes optiques et acoustiques ont été comparées. Il a été montré que, dans le cas de dépôts peu poreux, les deux méthodes conduisent aux mêmes épaisseurs de dépôts. Dans le cas de dépôts plus poreux, ces deux méthodes permettent l’obtention de données complémentaires à deux niveaux de profondeur différents au sein du dépôt. L’influence des conditions opératoires sur la structuration de dépôts de particules modèles a ensuite été étudiée. Grâce à la méthode optique il a été montré que, quelles que soient les conditions opératoires, il existe une variation temporelle des propriétés du dépôt. De plus, une répartition non homogène du dépôt à la surface de la membrane peut également exister, favorisée par de faibles répulsions entre particules. Enfin, l’applicabilité des différentes méthodes au cas des biofluides issus de BAM a été évaluée. La structure de dépôts complexes constitués lors de la filtration de ces biofluides a ensuite été étudiée. La compressibilité des dépôts, mise en évidence à l’échelle globale par suivi des performances de filtration, a également été observée à l’échelle locale : l’épaisseur du dépôt décroît avec une augmentation de la PTM. De plus, à l’échelle locale, une variabilité spatiale des propriétés du dépôt a été mise en évidence. Afin de contrôler la compressibilité des dépôts l’impact de l’ajout de particules au sein du biofluide a été évalué
Membrane fouling is one of the major drawbacks of membrane bioreactors. This study is thus a contribution to the understanding of the dynamic structuring of complex deposits build-up during dead-end filtration of complex biofluids. Several tools were used to perform in-situ characterization of cake layer structural properties at local scale and to link them to global filtration performances. The electrokinetics properties of the deposit were also investigated. An optical and an acoustic method were used to measure local cake thickness and growth kinetics. The thicknesses given by the two methods were first compared. It was shown that for compact deposits the two different methods lead to the same thickness of the deposit. For more porous deposits, these two methods allow to obtain complementary data at two different depths of the deposits. The influence of operating conditions on cake layer structuring during filtration of modelled particles was evaluated. Using the optical method it was shown that, whatever the operating conditions, the cake structure is not constant in time. Furthermore, a spatial variability of the cake layer thickness might exist especially in the case of weak particle-particle repulsion. Finally, it has been investigated whether the different methods could be applied or not to the case of biofluid filtration. The structural properties of the complex deposits built up during diluted activated sludge filtration were investigated. Cake compressibility was observed at global scale by a monitoring of process performances and was also observed at local scale: cake thickness decreases as TMP increases. Furthermore, at local scale, a spatial variability of deposit structure was found. Particle addition into the biofluid was assessed in order to mitigate compressibility effects

Cette thèse concerne la modélisation du comportement mécanique de poudres ductiles au cours de leur mise en forme par le procédé de compression à froid. L’approche utilisée consiste à modéliser la poudre par un échantillon numérique de 50 particules sphériques distribuées aléatoirement. Chaque particule est maillée en éléments finis avec un comportement élasto-plastique et interagit par contact avec ses voisines. Sous l’effet du chargement, les particules se déforment et subissent de grandes transformations.La méthode développée consiste à imposer aux frontières de l'échantillon numérique des conditions aux limites en déplacement ou en force afin de simuler une réponse continue équivalente en termes de contrainte-déformation pour plusieurs chemins de chargement depuis les faibles valeurs de densité relative jusqu'aux fortes valeurs. Outre le fait que la méthode permet d’appliquer par la simulation des chemins de chargement inaccessibles aux techniques expérimentales, elle fournit de nombreuses indications sur la phénoménologie du comportement aux frontières de l'échantillon en relation avec la morphologie des particules déformées plastiquement et l’évolution des surfaces de contact inter-particules.Cette réponse obtenue sera étudiée au moyen des notions de l'élasto-plasticité classique, à savoir la surface de charge et la loi d'écoulement. L'accent est mis sur l’analyse de l’écoulement plastique et l'existence du potentiel plastique. Les résultats montrent que la direction d’écoulement est approximativement unique pour les états de contrainte éloignés du point de chargement. En revanche, la direction d’écoulement cesse d’être unique à proximité de point de chargement, ce qui révèle le caractère anisotrope de l’écrouissage. Ce comportement, propre aux poudres ductiles, est intimement lié à la déformation des grains. La dégradation anisotrope des propriétés mécaniques résultant du mécanisme de dilatance est également étudiée
This thesis is concerned with the modelling of the mechanical behaviour of ductile powders during cold compaction process. A numerical method was implemented, in which a powder sample was assimilated to an assembly of 50 meshed particles in a cubic box which was submitted to compressive loadings simulated by means of the finite element method. Each particle was meshed and assigned an elastic-plastic constitutive behaviour. Particles interacted through mechanical, frictional contact and underwent large transformation during loading.The method developped in the thesis consisted in imposing boundary conditions as displacements or forces on the bounding walls of the numerical sample. The mechanical response of the sample was averaged to obtain the equivalent response of a continuum in terms of stress and strain. Various loading paths, including loading paths that are technically not attainable by experimental means, were applied up to different values of relative densities, from low (60%) to high values (98%). Much information on the phenomenological behaviour of the numerical sample could be obtained, in relation with the morphology of deformed particles and the evolution of contact surfaces.The results were interpreted based on the concepts of classical elasto-plasticity, i.e., yield surface and flow rule. The main focus of the study was the analysis of incremental plastic flow and the existence of a plastic potential. Results showed that the flow rule postulate, based in the plastic potential, could be considered as valid for stress states relatively far from the loading point. In the vicinity of the loading point, the direction of the plastic strain increment vector ceases to be unique. This behaviour, which is an original feature of ductile powders mechanical behaviour, was attributed to the anisotropic strain-hardening processes at stake, related to the anisotropic formation of contact surfaces between particles. The drop in mechanical properties related to dilatancy was also studied

La modélisation d'écoulements diphasiques solide-liquide dans une conduite cylindrique présentée dans cette thèse est caractérisée par les phénomènes non locaux introduits par la non homogénéité spatiale de la suspension (rapport de tailles caractéristiques particules/tube élevé). En première partie, une modélisation macroscopique du chauffage ohmique de suspensions est réalisée. Pour un critère de stérilisation fixé, le thermoconditionnement par chauffage interne de particules sphériques est étudié. L'étude de la génération électrique de chaleur dans des systèmes de particules permet d'obtenir des corrélations en fonction des conductivités électriques des deux phases et de la concen-tration. Le modèle "à glissement de phase" est proposé pour simuler le chauffage ohmique des suspensions suivi d'une étude paramétrique. En seconde partie, un modèle local de type "deux-fluides" est développé sur la base d'une prise de moyenne d'ensemble et de l'application de la théorie cinétique. Les contributions non locales additionnelles sont explicitées et calculées à l'aide de méthodes spécifiques, notamment l'approximation de "vitesse faiblement non homo-gène", Les lois constitutives sont corrigées pour des régîmes particulaires non inertiels. Des méthodes de calcul des moyennes phasiques, des concentrations maximales et une forme adaptée de la fonction de distribution radiale sont proposées. Les conditions aux limites en vitesse et en pseudo-température de la phase particulaire sont développées par application de bilans d'énergie mécanique, thermique et totale. Une forme heuristique de la force de friction à la paroi y est notamment présentée. L'algorithme original développé sur une base SIMPLE (méthodes des volumes finis) fournit des résultats en bonne adéquation avec les expérimentations disponibles en littérature et prédit des comportements caractéristiques tels que migration radiale, fluctuation radiale des concentrations et pseudo-diffusion thermique.

On étudie dans le cadre de la thèse une famille de schémas numériques permettant de résoudre les équations de Saint-Venant. Ces schémas utilisent une décomposition d'opérateur de type Lagrange-projection afin de séparer les ondes de gravité et les ondes de transport. Un traitement implicite du système acoustique (relié aux ondes de gravité) permet aux schémas de rester stable avec de grands pas de temps. La correction des flux de pression rend possible l'obtention d'une solution approchée précise quel que soit le régime d'écoulement vis-à-vis du nombre de Froude. Une attention toute particulière est portée sur le traitement du terme source qui permet la prise en compte de l'influence de la topographie. On obtient notamment la propriété dite équilibre permettant de conserver exactement certains états stationnaires, appelés état du "lac au repos". Des versions 1D et 2D sur maillages non-structurés de ces méthodes ont été étudiées et implémentées dans un cadre volumes finis. Enfin, une extension vers des méthodes ordres élevés Galerkin discontinue a été proposée en 1D avec des limiteurs classiques ainsi que combinée avec une boucle MOOD de limitation a posteriori
In this thesis we study a family of numerical schemes solving the shallow water equations system. These schemes use a Lagrange-projection like splitting operator technique in order to separate the gravity waves and the transport waves. An implicit-explicit treatment of the acoustic system (linked to the gravity waves) allows the schemes to stay stable with large time step. The correction of the pressure fluxes enables the obtain of a precise approximation solution whatever the regime flow is with respect to the Froude number. A particular attention has been paid over the source term treatment which permits to take the topography into account. We especially obtain the so-called well-balanced property giving the exact conservation of some steady states, namely the "lake at rest" state. 1D and 2D versions of this methods have been studied and implemented in the finite volumes framework. Finally, a high order discontinuous Galerkin extension has been proposed in 1D with classical limiters along with a combined MOOD loop a posteriori limiting strategy