Gotowa bibliografia na temat „Mousse (chimie) – Propriétés mécaniques”

Les membranes d’ultrafiltration se dégradent au cours de leurs années de fonctionnement, notamment à cause du colmatage et des nettoyages qu’elles subissent. Ce vieillissement provoque sur le long terme des problèmes d’exploitation sur les sites de traitement des eaux usées utilisant des bioréacteurs à membranes qui peuvent se traduire par des arrêts fréquents pour nettoyage et une diminution de la capacité filtrante pouvant aboutir à un remplacement des membranes. À ce jour, les mécanismes de vieillissement en bioréacteurs à membranes et leurs impacts sur les propriétés des membranes sont partiellement identifiés. L’objectif de ce travail est de proposer et valider une méthode de vieillissement accéléré de membranes fibres creuses à l’échelle d’un pilote semi-industriel (volume utile de 2 m³) dans des conditions représentatives de celles mises en œuvre sur les sites industriels (longueur des fibres, contraintes hydrodynamiques, séquençage de l’aération). Pour cela, un pilote de filtration membranaire a été exploité pendant deux ans dans des conditions similaires des cuves membranaires de la station de traitement des eaux de Seine Aval (Siaap, Yvelines, 6,5 millions d’eq-habitant). Afin d’accélérer le vieillissement, les membranes sont soumises à de plus fortes doses d’exposition au chlore : des nettoyages par trempage dans une solution de Javel à 1 000 ppm puis d’acide citrique à 2 000 ppm ont été réalisés tous les deux mois (vs un tous les six mois sur site). Afin de valider cette méthode de vieillissement, les résultats des caractérisations des fibres prélevées sur le pilote sont comparés à ceux retrouvés pour les fibres prélevées des bioréacteurs à membranes du Siaap. Les analyses des mesures de physico-chimie de surface, de perméabilité, de propriétés mécaniques et morphologiques ont permis de conclure à la pertinence de l’approche développée pour le suivi du vieillissement accéléré en conditions d’usage à l’échelle pilote, au regard des évolutions observées à l’échelle industrielle.

Les matériaux aujourd'hui utilisés pour l'isolation thermique en milieu aquatique sous pression hydrostatique sont soit des mousses souples à base de caoutchoucs, soit des mousses rigides, notamment syntactiques, selon la profondeur. Ces matériaux souples ont été analysés par des tests mécaniques et thermiques classiques. Cependant, les protocoles et valeurs relevées ont été adaptés à l'usage final du produit, et plus particulièrement à l'environnement aquatique en surface et en profondeur. Les relations entre les différentes caractéristiques (structures et propriétés) de ces matériaux ont été étudiées afin de définir les propriétés adéquates selon des critères pertinents. Pour mettre en évidence les propriétés thermiques sous pression hydrostatique, un outil de test a de plus été développé : une enceinte de test hyperbare innovante, pour l'évaluation de la résistance thermique et de l'épaisseur sous pression d'eau entre 0 et 50 m de profondeur. Les points forts et faibles des matières classiquement utilisées ont été clairement établis. L'analyse de ces résultats a permis d'identifier un concept de matériau composite propre à l'usage défini. Une matière innovante a été conçue en fonction : une mousse syntactique. En variant le type de particules additionnées à une matrice thermoplastique élastomère, la structure cellulaire a été affinée pour obtenir un comportement identique en milieu aquatique, en surface comme en profondeur. En parallèle de sa production industrielle, cette matière a été testée afin d'identifier les relations entre structures et propriétés
Materials nowadays used for thermal insulation in aquatic environment under hydrostatic pressure are either rubber flexible foams or rigid foams, especially syntactic foams, depending on depth. These flexible materials were analyzed through classical mechanical and thermal tests. However, methods and results were adapted to the final usage of the product, particularly to the aquatic environment at the surface and under depth. Relationships between structures and properties characteristics were studied to define appropriate properties within relevant criteria. Moreover, to underline thermal properties under hydrostatic pressure, a testing instrument has been developed: an innovating hyperbaric test chamber, dedicated to under water pressure thermal resistance and thickness measurements, from 0 to 50 m depth. Strengths and weak points of these classical materials have been clearly established. Results analysis lead to a new concept of composite material for the defined usage. This innovating material, a syntactic foam, has been developed. By varying the particle type added to a thermoplastic elastomer matrix, the cellular structure has been refined in order to obtain a similar behaviour in aquatic environment, at the surface like in depth. This material has been tested, parallel to its industrial production, to identify relationships between structures and properties

L’objet de ce travail est de produire et de caractériser des composites structuraux à base de polypropylène et de mousse. La première partie est consacrée au renforcement du polypropylène avec des fibres de chanvre en étudiant l’effet de la concentration de la fibre, de la taille des fibres et de la concentration en agent de couplage sur les propriétés mécaniques. Une étude morphologique par photomicrographies a permis d’expliquer les résultats mécaniques en tension et flexion. On montre que 2% d’agent couplant est suffisant pour optimiser les modules. Dans la deuxième partie, des mousses de polypropylène sont produites par compression avec différentes concentrations d'agent gonflant afin de déterminer l’effet de la réduction de densité et du profil de densité sur les propriétés en tension et flexion. Une caractérisation complète de la morphologie des mousses en termes de taille de cellules, de densité de cellules et d’épaisseur de la peau est faite. L'utilisation du profil de densité est nécessaire afin d’obtenir une bonne prédiction des propriétés mécaniques. Finalement, des structures sandwich avec différents pourcentages de peau et de densité de cœur sont produites. Une analyse morphologique du cœur est rapportée avec les propriétés mécaniques en tension et flexion. On montre qu’une très bonne prédiction peut être faite en utilisant simplement la loi des mélanges et le modèle quadratique avec le profil de densité pour l’effet de la peau et du cœur, respectivement.
The aim of this work is to produce and characterize polypropylene structural composite foams. To do so, the work is divided in three parts. The first part is devoted to study the reinforcement of polypropylene with hemp fibres by changing the fibre content, fibre size and coupling agent concentration. Micrographs are used to explain the results of the mechanical properties measured under tensile and flexural stress. It is found that 2% of coupling agent gives the optimum modulus values. In the second part, polypropylene foams are produced by compression moulding with different concentrations of blowing agent to determine the effect of density reduction and density profile on the tensile and flexural properties. The morphological characteristics (cell size, cell density and skin thickness) of the foams are also examined. It is found that the use of the complete density profile is necessary to predict with high precision the mechanical results. Finally, sandwich structures are produced with different skin ratio and core densities. A complete morphological analysis is reported with mechanical properties (tensile and flexural). It is shown that the simple law of mixture and the square power-law combined with the density profile are enough to predict the effect of the skins and core, respectively.

Dans ce travail, du polyéthylène linéaire de densité moyenne (LMDPE) et des microcapsules Expancel ont été utilisés pour produire des mousses polymères avec un gradient de densité. En contrôlant indépendamment les plaques supérieure et inférieure d'un moule de compression à des températures différentes et en contrôlant le temps de moulage, des mousses symétriques et asymétriques ont été produites. Aussi, l’effet du type et de la concentration des agents gonflants sur le profil de densité et la morphologie (taille des bulles et la densité des bulles) des mousses a été étudié. Finalement, on rapporte et on discute les propriétés mécaniques en flexion et en tension en relation avec le profil de densité et la morphologie.
In this work, linear medium density polyethylene (LMDPE) and Expancel microbeads were used to produce density graded polymer foams using compression molding. By controlling independently the top and bottom plate temperatures in the mold, different temperatures and molding times were used to produce symmetric and asymmetric foams. The effect of blowing agent type and content were also studied to control the density profile and foam morphology (cell size and cell density) across thickness. Finally, the mechanical behavior in flexion and tension is reported and discussed in relation with foam morphology and structure.

Dans cette thèse, des mousses produites à plus de 90% à partir de produits naturels et à très faible conductivité thermique ont été étudiées en détail. L’objectif principal de ce travail était d’améliorer certaines faiblesses de ces matériaux et de résoudre les problèmes qui pourraient être rencontrés lors de leur utilisation, pour leur permettre de concurrencer d’autres mousses synthétiques actuellement sur le marché de l’isolation thermique. De nouvelles méthodologies ont été proposées pour optimiser les mousses à base de tanin de différents points de vue. Tout d’abord, des mousses liquides ont été analysées en termes de stabilité et de processus de polymérisation à l’aide d’un analyseur de lumière rétrodiffusée, afin de les transformer en mousses rigides de tanin plus performantes. Des plans d’expériences ont également été utilisés pour améliorer les propriétés mécaniques de mousses rigides, produites par moussage physique, sans porter préjudice à leur conductivité thermique. D’autre part, des traitements d’hydrophobisation ont été réalisés pour réduire la sensibilité de ces mousses à l’eau, qu’elle soit sous forme liquide ou vapeur, et l’effet des ingrédients des formulations sur leurs propriétés au feu a été élucidé. Enfin, deux techniques de caractérisation mécanique ont été étudiées et comparées, ce qui a permis de déterminer le coefficient de Poisson et le facteur de perte, et de mettre en évidence les précautions à prendre pour caractériser les mousses fragiles
In this thesis, foams based on more than 90% of natural products and with an exceptionally low thermal conductivity have been studied in depth. The main objective of this work was to improve some of the weaknesses of those materials and to solve problems that might be encountered during use, for allowing them to compete with other synthetic foams that are currently on the thermal insulation market. New methodologies have been proposed to optimise tannin-based foams from different points of view. First, liquid foams were analysed in terms of stability and polymerisation process using a backscattered light analyser, in order to convert them into improved rigid tannin-based foams. Experimental design was also used to improve the mechanical properties of physically blown rigid foams without prejudicing their thermal conductivity. On the other hand, hydrophobisation treatments were suggested for reducing the sensitivity of those foams to water in liquid or vapour form, and the effect of formulations’ ingredients on their fire properties were elucidated. Finally, two techniques of mechanical characterisation were investigated and compared, leading to Poisson’s coefficient and loss factor, and evidencing the precautions to be taken for characterising brittle foams

La caractérisation expérimentale et numérique du comportement rhéologique d'une mousse aqueuse s'écoulant à l'intérieur d'un tuyau horizontal avec et sans singularités (demi-expansion soudaine, et chicane) a été étudiée. Différentes conditions d'écoulement ont été étudiées en faisant varier les qualités de mousse (55-85%), et trois nombres de Reynolds (32, 65, et 97). Les mesures de la pression, de la répartition de la vitesse locale et de la contrariante et de l'épaisseur des films liquides au niveau de la paroi à l'aide respectivement de capteurs de pression, de la PIV, de la polarographie et de la conductimétrie ont montré une réorganisation de la mousse en aval du changement de géométrie, avec un film liquide plus épais au fond du conduit, des bulles de plus grande taille au sommet, ainsi qu'une plus grande fraction de vide de la mousse augmentant de la partie inférieure à la partie supérieure de la section du conduit. En outre, la mousse présenterait un caractère visco-élastique comparable à celui d'un liquide monophasique non newtonien. Des simulations de dynamique des fluides ont été entreprises pour prédire ce comportement rhéologique de la mousse, les deux modèles Herschel-Bulkley et Bingham ont été testés en tenant compte de la présence d'un film liquide sous-jacent au fond du canal. La comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques a montré que, quelle que soit la qualité de la mousse, le modèle de Herschel-Bulkley pouvait décrire avec précision le comportement rhéologique de la mousse dans les différentes conditions d'écoulement analysées.Le deuxième objectif était d'étudier la capacité d'un écoulement de mousse humide (qualité de 50%) à nettoyer des surfaces en acier inoxydable contaminées par des micro-organismes. Pour cela, deux types de contamination ont été étudiés, des gouttelettes contenant des spores de Bacillus subtilis (soit hydrophiles Bs PY79 ou hydrophobes Bs PY79 spsA), et des biofilms produits par trois souches de bactéries (Escherichia coli SS2, Bacillus cereus 98/4, et Pseudomonas fluorescens Pf1). Différentes conditions d'écoulement ont été réalisées en faisant varier les contraintes de cisaillement pariétale (2.2 - 13.2 Pa), et la taille des bulles (0.18-0.34 mm) dans un conduit sans changement géométrique, afin d'identifier les mécanismes de libération de la contamination et ainsi mieux contrôler et optimiser le processus de nettoyage. Les résultats montrent que, par rapport au NEP conventionnel, le flux de mousse a éliminé efficacement les spores ainsi que les biofilms. De plus, la combinaison d'une contrainte de cisaillement pariétale élevée et de bulles de petite taille (<0,2 mm) s'est avérée prometteuse pour améliorer l'efficacité du nettoyage des spores. D'autre part, une nette amélioration de l'élimination des biofilms a été observée en augmentant la contrainte de cisaillement pariétale. La caractérisation de la mousse et des phénomènes d'interface a indiqué que des mécanismes tels que la fluctuation des contraintes de cisaillement locales, ou de l'épaisseur du film liquide entre les bulles et la paroi induite par le passage des bulles, l'imbibition de la mousse et le balayage de la contamination dans le film liquide, pourraient participer largement aux mécanismes d'élimination. Enfin, l'étude d'analyse du cycle de vie a démontré que le nettoyage à la mousse peut être une technique appropriée pour réduire la consommation d'eau et d'énergie (7 et 8 fois moins) présentant moins d'impacts environnementaux que les procédés CIP, avec environ 70%. Enfin, le nettoyage à la mousse peut être une méthode alternative, qui peut améliorer l'efficacité et réduire l'impact environnemental.D'autres activités menées au cours de la période de doctorat liées à la conception hygiénique sont présentées en soulignant le rôle des contaminants (spores et biofilms), du matériau (autre que l'acier inoxydable) et de la géométrie (conduits ou conception plus complexe) dans le contrôle de l'hygiène
In this research, experimental and numerical characterization of the rheological behavior of an aqueous foam flowing inside a horizontal pipe with and without singularities (presence of half-sudden expansion, and a fence) were investigated. Different conditions of foam flow were studied by varying the foam qualities (from 55% to 85%), and three Reynolds numbers (32, 65, and 97). Measurements of the pressure measurements, and at the wall the local velocity repartition and the thickness of the liquid films using respectively pressure sensors, Particle Image Velocimetry, and a conductimetry technique shown a reorganization of the foam downstream the geometry change, with a thicker liquid film at the duct bottom, larger bubble sizes at the top, as well as a larger foam void fraction increased from the bottom to the top part of the duct section. In addition, foam would present a visco-elastic character comparable to a non-Newtonian monophasic liquid. Computational Fluid Dynamics simulations were undertaken to predict this rheological behavior of the foam, the two models Herschel-Bulkley and Bingham were tested taken into account the presence of an underlying liquid film at the bottom of the channel . Comparison between experimental and numerical results showed that regardless of the foam quality, Herschel-Bulkley model could accurately describe the rheological behaviour of the aqueous foam under the different flow conditions analysed.The second target was to investigate the ability of a wet foam flow (quality of 50%) to clean stainless-steel surfaces contaminated by microorganisms. For this purpose, two different contamination patterns were studied, droplets containing Bacillus subtilis spores (either hydrophilic Bs PY79 or hydrophobic Bs PY79 spsA), and biofilms produced by three bacteria strains encountered in food industry production plants (Escherichia coli SS2, Bacillus cereus 98/4, and Pseudomonas fluorescens Pf1). Different flow conditions were performed by varying the wall shear stresses (2.2 - 13.2 Pa), and bubble sizes (0.18-0.34 mm) in a straight duct with no geometrical changes, in order to identify the mechanisms of contamination release and thus better control and optimize the foam cleaning process. Results show that compared to conventional cleaning-in-place, foam flow effectively removed Bs spores as well as Bc-98/4, Ec-SS2, and Pf1 biofilms. Moreover, the combination of high shear stress at the wall and small bubble sizes (<0.2 mm) showed promise for improving the cleaning efficiency of spores. On the other hand, a clear improvement of the biofilm removal was observed when increasing the mean wall shear stress. The characterization of the foam and the interface phenomenons (using polarography, conductimetry, and bubble size analysis methods) indicated that mechanisms such as fluctuation in local wall shear stresses, or in the liquid film thickness between the bubbles and the steel wall induced by bubble passage, foam imbibition, and sweeping of the contamination within the liquid film could participate largely to the removal mechanisms. Finally, the life cycle assessment study demonstrated that foam flow cleaning could be a suitable technique to reduce water and energy consumption (7 and 8 times less, respectively) presenting less environmental impacts than CIP processes, with about 70%. Lastly, foam flow cleaning can be an alternative method, which can improve efficiency and reduce environmental impact. Additional activities conducted during the PhD period related to hygienic design are presented highlighting the role of the contaminants (spores and biofilms), the material (other than stainless steel) and the geometry (ducts or more complex design) in hygiene monitoring

Dans cette these, nous avons etudie la morphologie des mousses bidimensionnelles de solutions de tetradecyltrimethylamonium bromide (ttab) et d'octaethylene glycol monododecyl ether (ogme) additionnee ou non d'antimoussant le tributylphosphate (tbp) en correlation avec les proprietes de surface et de film des solutions moussantes. Nous avons etudie comment la pression de disjonction provenant des forces de surface existant dans les films noirs de newton engendre un ecart a 120 des angles de plateau d'une mousse bidimensionnelle formee dans une cellule a pression capillaire controlee. Il existe deux etats d'equilibre thermodynamique metastable des films noirs pour une meme pression capillaire correspondant au cbf (film noir commun) et au nbf (film noir de newton). Leurs tensions de film different d'environ 1 mn/m ce qui modifie l'equilibre mecanique du bord de plateau et entraine un ecart a la valeur de plateau pouvant aller jusqu'a 1 d'angle. Nous avons realise des mousses bidimensionnelles comprenant plus d'un millier de cellules formant un ensemble ordonne au depart de polygones de 6 cotes en moyenne et que nous avons laisse evoluer pour suivre les modifications par disproportionnement de la morphologie de la mousse. Nous avons etudie comment la rheologie de surface pouvait agir sur l'evolution dynamique des mousses de ttab a differents volumes de liquide, sur des mousses d'ogme additionnees ou non d'antimoussant. Des lois d'invariance statistique sont obtenues uniquement avec des solutions a viscosite intrinseque de surface tres elevee donnant des films a surfaces rigides, c'est-a-dire avec la solution concentree d'ogme. Nous avons montre experimentalement que si la rheologie de surface est modifiee, soit en diminuant la concentration, soit en ajoutant un antimoussant agissant comme co-solvant sur la solution, ou encore en utilisant une solution saline de ttab, il ne semble pas possible d'atteindre un tel etat d'invariance

Cette thèse vise à développer des matériaux destinés à remplacer les gants des boîtes à gants utilisées en milieu nucléaire confiné par des disques élastomères pouvant prendre la forme des mains lorsqu'un opérateur insère son bras et revenir à leur forme initiale lorsqu'il l'enlève. Le but du travail est de réaliser et d'étudier les propriétés physico-chimiques de matériaux capables de se déformer à plus de 2000 %, à être totalement élastique, à résister au déchirement et aux radiations. Dans un premier temps, une étude bibliographique a montré que les matériaux les plus susceptibles d'y répondre sont les élastomères thermoplastiques. Des matériaux de deux familles d'élastomères thermoplastiques ont donc été réalisés et étudiés. Les premiers sont les élastomères thermoplastiques polyuréthanes. L'influence de la stœchiométrie des monomères et de la structure chimique de différents allongeurs de chaînes sur les propriétés mécaniques a été étudiée. Il en ressort que ces matériaux sont trop visqueux pour répondre au cahier des charges mais une relation intéressante de linéarité entre la contrainte à l'écoulement et le taux de viscosité de l'ensemble de ces formulations a été observée. Les seconds matériaux sont des copolymères Styrène-Ethylène-Butylène-Styrène (SEBS). Les effets du procédé de mise en œuvre ainsi que l'incorporation de plastifiants, de nanoparticules ou de polyuréthane sur les propriétés mécaniques de ces matériaux ont été étudiés. Il a été mis en évidence que le procédé de mise en œuvre influence fortement les propriétés mécaniques et que l'ajout de nanoparticules et de polyuréthane permet d'améliorer certaines propriétés mécaniques. Globalement, les matériaux développés ont des propriétés très proches de celles de matériaux hyperélastiques
The aim of this PhD work is to replace current gloves of gloveboxes used in nuclear area by elastomer discs which could take the shape of the arm of an operator and come back to their original shape when the arm is removed. The goal of the work is to design and study a material meeting the following specifications: at least 2 000 % strain at break, very high elastic properties, tear and radiation resistant. A bibliographic study showed that the most relevant materials are thermoplastic elastomers. As a consequence, two kinds of these materials were formulated. First ones are thermoplastic polyurethane elastomers. The influence of stoichiometric ratios and different chain extenders on mechanical properties was studied. These materials are too viscous to match the specifications but an interesting linear relation between flow stress and viscosity ratio was observed. Second ones are Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene copolymers (SEBS). Studies on the influence of the process and incorporation of plasticizers, nanoparticules or polyurethane were carried out. It was highlighted that the process strongly influences mechanical properties and addition of nanoparticules or polyurethane can increase some of these properties. On the whole, the materials developed are very close to these of hyperelastic materials

L'objet de cette etude est de determiner l'influence des differentes variables de formulation des systemes eau-tensioactif-huile sur les proprietes moussantes de ces systemes. Par propriete moussante on entend le pouvoir moussant du liquide et la stabilite de la mousse formee. Les variables de formulation sont la composition et la temperature du systeme eau-tensioactif-huile; ainsi que les natures de chacun des composants (salinite de l'eau, hydrophilie et lipophilie des tensioactifs et co-tensioactifs, nature de l'huile). Tout d'abord, on compare les proprietes interfaciales (adsorption et reduction d'energie libre interfaciale), des systemes eau-tensioactif a l'equilibre (solutions) et eau-tensioactif-gaz hors d'equilibre (mousses). Cette etude permet de determiner les parametres physico-chimiques qui gouvernent les proprietes moussantes des liquides. Ensuite, on etudie le comportement de phase des systemes eau-tensioactif-huile a l'equilibre (systemes de winsor). Le comportement de phase depend des variables de formulation, et permet de predire les variations de differentes proprietes physicochimiques (tension interfaciale, viscosite, viscosite interfaciale, parametre de solubilite). Le comportement de phase a l'equilibre permet aussi de predire certaines proprietes de ces memes systemes hors d'equilibre (emulsions), comme le type d'emulsion obtenu et sa stabilite. Parallelement on etudie les proprietes moussantes des differentes phases isolees des systemes de winsor (aqueuse, oleique, microemulsion), ainsi que celles des emulsions. Les relations mises en evidence entre le comportement de phase et les proprietes moussantes lient donc ces dernieres aux variables de formulation et aux proprietes interfaciales. Ces relations permettent en outre de predire le comportement moussant des emulsions par simple examen de leur comportement de phase a l'equilibre