L’enrobage à sec par action mécanique permet de formuler des particules composites dont les fonctionnalités et les propriétés physiques, comme l’écoulement, sont améliorées et cela sans l’ajout de solvant ou de liant. Actuellement la plupart des procédés d’enrobage à sec sont conduits en mode discontinu. L’objectif de ce travail est donc de développer et d’étudier une opération d’enrobage à sec par un procédé continu innovant, une extrudeuse bi-vis corotative sans filière, constituant une rupture technologique dans son domaine. Dans le cadre de ce travail, des sphères de cellulose microcristalline, appelées particules hôtes sont enrobées avec soit des talcs de différentes granulométries soit du stéarate de magnésium, nommées particules invitées. Dans un premier temps, le comportement des particules hôtes est étudié dans le procédé. Les particules sorties du procédé sont analysées par microscopie électronique à balayage, par granulométrie laser et par voluménométrie. Pour la configuration de vis présentant que des éléments de transport, la vitesse de rotation des vis (25 à 200 rpm) et le débit d’alimentation (0,5 à 2 kg/h) choisis influencent le taux de remplissage dans le fourreau, et pour un taux supérieur à environ 14 % : la quantité de particules endommagées est négligeable. Un taux de remplissage faible favorise les frictions particules-particules ou particules-métal au niveau de l’entrefer. L’ajout de zones de mélanges dans la configuration des vis accentue ce phénomène de brisure par l’augmentation des contraintes de cisaillement. Par ailleurs, des masses retenues de la poudre dans le fourreau évoluent linéairement en fonction de la masse de poudre transportée en un tour de vis pour différentes configurations de vis. Ces relations laissent penser à l’existence d’un volume mort. Les mesures de distribution de temps de séjour mettent en évidence par l’application d’un modèle d’association de réacteurs idéaux, la présence d’écoulement piston et d’un volume mort. Dans un second temps, la faisabilité d’une opération d’enrobage à sec par le procédé étudié est analysée. Une couche d’enrobage continu de talc modifiant le comportement hydrophile des particules hôtes, est obtenue pour une vitesse de rotation de vis de 50 rpm et une configuration de vis cisaillante. Le type de particules invitées influence la morphologie de la couche d’enrobage : de type film avec le stéarate de magnésium et de type discret avec le talc micronisé. Néanmoins les propriétés de taille, d’écoulement, de compressibilité des particules composites sont semblables à celle des particules hôtes, seule la propriété de mouillabilité est modifiée. La présence de stéarate de magnésium diminue le temps de séjour des particules dans le procédé grâce à son caractère lubrifiant. / Dry particle coating with mechanical action allows the production of composite particles whose functionalities and physical properties, such as flowability, are improved thanks to the absence of solvent or binder. Currently, most of dry particle coating processes are carried out in a discontinous mode. The objective of this work is thus to develop and study a dry particle coating operation with a continuous innovative process, twin screw co-rotating extruder without die, constituting a technological rupture in this application field. For this, spherical particles of microcristalline cellulose, as host particles, are coated with either talc particles of two sizes or magnesium stearate particles (MgSt), as guest particles. Firstly, the host particles behaviour is studied in the process. The exiting particles are analyzed by scanning electronic microscopy, laser granulometry and tapping test. Regarding the transport configuration, the chosen screw speed (between 25 an 200 rpm) and the feed rate (between 0.5 and 2 kg/h) have an important influence on the filling level in the barrel. For a filling level superior to approximatly 14 %, the quantity of broken particles is not significant. A low filling level facilitates the particle-particle or particle-metal friction in the barrel gap. When more mixing zones are added to the screw configuration, the shear stresses increase and, therefore, the breakage particle phenomenon becomes more prominent. Futhermore, the retained powder mass increases linearly when the transported mass in one screw turn increases for all the screw configurations. These evolutions suggest the existence of a dead volume. The residence time distribution mesurements highlight, thanks to the application of flowing model, the presence of plug-flow and a dead volume. Secondly, the feasibility of using the process for dry particle coating is analyzed. A continuous coating layer of talc modifiying the hydrophilic behaviour of the host particles is obtained for a low screw rotation speed (50 rpm) and a screw configuration with one mixing zone. The type of guest particles influence the morphology of the coating layer: film layer with the MgSt particles and discontinous layer with the micronized talc. However, size, flow and compressibility of the coated particles are similar to the ones of the initial host particles, only the wettability properties are modified. The presence of MgSt decreases the particle mean residence time in the process thanks to its lubricant action.

La industria de manufactura en Perú, representa el 9% del PBI nacional, y el sector plástico el 4% del aporte al sector manufactura. Dentro de las muchas líneas de desarrollo industrial del plástico se halla el sector de accesorios de embalaje, usados para transporte de diversos bienes en ámbito local o exportación. El presente caso de estudio es sobre Molinos Pretell SAC, una empresa MYPE dedicada a la fabricación de zunchos de polipropileno, por medio de una máquina de extrusión. En estos tiempos de pandemia, donde el crecimiento económico en el sector manufactura ha sido negativo en el último año (-11.2%), donde muchas empresas han quebrado por no poder sostenerse al estar semi paralizada la economía del país, las empresas para poder ser competitivas y subsistir en un mercado reducido y distorsionado por los efectos de la emergencia sanitaria aún vigente, deben mejorar sus procesos que originan pérdida de utilidades. Esa es la motivación del presente trabajo, para lo cual vamos a analizar y tomar la información de los procesos, identificar los principales problemas, determinar las principales causas que originan esos problemas, y a ellas aplicar metodologías y herramientas de ingeniería que permitan reducir perdidas y obtener mejoras. El principal problema hallado son los reprocesos, y las causas son la falta de procedimientos estándar y ausencia de mantenimiento, para poder implementar un modelo de mejora continua, usaremos diversas metodologías lean, como trabajo estandarizado, SMED y TPM y diversas herramientas estadísticas, las cuales se aplicarán en 2 ciclos de mejora. / The manufacturing industry in Peru represents 9% of the national PBI, and the plastic sector 4% of the contribution to the manufacturing sector. Within the many lines of industrial development of plastic is the sector of packaging accessories, used to transport various goods locally or for export. This case study is about Molinos Pretell SAC, a MYPE company dedicated to the manufacture of polypropylene straps, by means of an extrusion machine. In these times of pandemic, where economic growth in the manufacturing sector has been negative in the last year (-11.2%), where many companies have gone bankrupt because they cannot sustain themselves as the country's economy is semi paralyzed, companies to be able to be competitive and subsist in a reduced market distorted by the effects of the health emergency still in force, they must improve their processes that cause loss of profits. That is the motivation of this work, for which we are going to analyze and take the information from the processes, identify the main problems, determine the main causes that originate these problems, and to apply engineering methodologies and tools that allow reducing losses and obtaining improvements. The main problem found is reprocessing, and the causes are the lack of standard procedures and lack of maintenance, in order to implement a continuous improvement model, we will use various lean methodologies, such as standardized work, SMED and TPM and various statistical tools, which they will be applied in 2 cycles of improvement. / Trabajo de investigación

Le but de cette thèse est l’investigation des particularités des problèmes d’optimisation et modélisation des réacteurs tubulaires de polymérisation. La partie originale du travail est divisé en deux sections : la première traitant de l'étude théorique de la modélisation et de l’optimisation des réacteurs tubulaires de polymérisation du méthacrylate de méthyle en solution, et la deuxième, une étude expérimentale et théorique de l'extrusion réactive de L-lactide. Dans la première partie, afin de sélectionner un modèle cinétique représentatif, parmi les modèles publiés pour le processus de polymérisation de MMA, des simulations ont été effectuées en conditions identiques de fonctionnement. Deux algorithmes numériques, l’un basé sur le Principe du Minimum de Pontriaguine et l’autre de type Génétique, ont été comparés pour un problème d'optimisation de complexité moyenne. Les résultats ont montré une robustesse supérieure de l’Algorithme Génétique pour cette catégorie de problèmes. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la modélisation et à l’optimisation de l'extrusion réactive du Llactide. Nous avons proposé un modèle cinétique et ses paramètres ont été estimés en utilisant des procédures numériques basées sur les données cinétiques expérimentales. Les expériences d'extrusion réactives ont été exécutées dans les conditions de fonctionnement représentatives. L'écoulement de L-lactide/polylactide dans l'extrudeuse a été caractérisé par la simulation en utilisant un logiciel commercial, LUDOVIC®. Les caractéristiques de la distribution des temps de séjour simulées sont utilisées pour modéliser le processus d'extrusion réactive en utilisant deux approches, un modèle à dispersion axiale et un modèle à base de compartiments, dont les caractéristiques sont déduites des simulations effectuées avec LUDOVIC®. Les résultats de la modélisation du processus sont en bon accord avec des données mesurées en mêmes conditions opératoires. / The aim of this thesis is the investigation of modeling and optimization particularities of tubular polymerization reactors. The original work is divided in two sections, the first treating a modeling and optimization study of tubular reactors for methyl methacrylate polymerization in solution, and the second, an experimental and theoretical study of L-lactide reactive extrusion. In the first section, reactor simulations in similar operating conditions were performed in order to select a representative kinetic model among the published kinetic models for MMA solution polymerization. Two widely used numerical algorithms, one based on Pontryagin’s Minimum Principle and the other a Genetic Algorithm, were compared for an average-complexity optimization problem. The results showed a superior robustness of the Genetic Algorithm for this category of problems. The second part of the thesis deals with the modeling and optimization of L-lactide reactive extrusion. A kinetic model is proposed and its parameters estimated using nonlinear estimation numerical procedures based on experimentally measured data. Reactive extrusion experiments were performed in representative operating conditions. The Llactide/ polylactide flow in the extruder was characterized by simulation using the commercial software LUDOVIC®. The simulated residence time distributions characteristics are used to model the reactive extrusion process of two approaches, an axial dispersion model and a compartment model, based on compartments whose characteristics are deduced from the simulations using LUDOVIC®. The modeling results are in good agreement with the measured data in the same operating conditions.

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No / Methods of recycling unplasticized polyvinyl chloride (uPVC) window frame waste were investigated. The quality of untreated granular waste was compared to that of waste treated by a range of contaminant removal processes including melt filtration and dissolution. Processability of each recyclate was evaluated by using a highly instrumented single screw extruder that enabled melt viscosity and process variation to be monitored in real time. Product quality measurements such as mechanical properties and surface defects were made on extruded strip, and the nature of the stabilizers present was determined. The mechanical properties of recyclates were found to be comparable to or better than those of virgin material in all cases and conformed to industry standards for window profile. Contaminant removal stages significantly reduced the amount of large surface defects detected in extrudate. Processability was comparable to that of virgin compounds, but melt viscosity varied among different batches of recyclate, depending on the source and composition of the original PVC formulation.

Le son et la paille de blé, riches en hémicelluloses, sont deux co-produits de la récolte de blé, abondants et renouvelables, mais qui restent à mieux valoriser. Dans le but d'extraire ces hémicelluloses, possédant plusieurs propriétés intéressantes (filmogènes, épaississantes, émulsifiantes, stabilisantes…), un procédé de fractionnement a été élaboré. Ce procédé consiste, après extraction alcaline, en la purification des extraits hémicellulosiques obtenus. Deux techniques ont été appliquées : l'ultrafiltration et la chromatographie sur résine échangeuse d'anions. L'ultrafiltration a permis de concentrer les extraits d'hémicelluloses et de les purifier en éliminant dans le perméat la plupart des molécules contaminantes, essentiellement les sucres libres et les sels minéraux. Les principales limitations de cette étape étaient la viscosité des extraits et les phénomènes de polarisation de concentration et de colmatage des membranes. La percolation sur résine, quant à elle, a permis de décolorer les extraits et de produire des poudres d'hémicelluloses plus claires en fixant certaines molécules colorées telles que les molécules possédant des groupements phénoliques. La combinaison des deux techniques a permis de produire des hémicelluloses pures à 60%. L'extrapolation du procédé à l'échelle pilote par l'utilisation d'un extrudeur bi-vis a permis d'obtenir des poudres d'hémicelluloses pures à 40%. / Wheat bran and wheat straw are two by-products abundant and renewable, rich in hemicelluloses, but still not well valued. In order to extract these hemicelluloses characterized by their several interesting properties (film-forming, thickening, emulsifying, stabilizing…), a fractionation process was developed. This process consisted, after alkaline extraction, to purify the hemicellulosic extracts obtained. Two techniques were used: ultrafiltration and chromatography on anion exchange resin. The ultrafiltration allowed to concentrate the extracts and to purify them by removing in the permeate, the contaminating molecules, mostly free sugars and minerals. The main limiting factors of this stage were the extracts viscosity and the fouling of the membranes. The percolation on the resin discoloured the extracts and allowed to produce hemicellulosic powders with lighter colours and that by capturing the coloured compounds such as molecules with phenolic groups. The combination of the two techniques allowed the production of purified hemicelluloses; the purity was about 60%. The extrapolation of the process at a pilot scale using a twin-screw extruder allowed to obtain hemicelluloses with a purity of 40%.

Les graines de neem et de dattier du désert ont été caractérisées et leurs perspectives de fractionnement orientées. Un procédé de fractionnement des graines de neem en extrudeur bi-vis a été étudié en vue d’une production et d’une valorisation intégrée de ses fractions: huile, coextrait d’azadirachtine, protéines et lipides, et raffinat d’extrusion. La mise en oeuvre de l’eau et des mélanges hydroéthanoliques (jusqu’à 75% d’éthanol) comme solvants d’extraction avec une configuration de l’extrudeur bi-vis définissant quatre zones (une zone d’alimentation, une zone de broyage, une zone d’extraction solide-liquide et une zone de séparation solide/liquide), permet d’extraire au filtrat 83 à 86% de l’azadirachtine, 86 à 92% des lipides et 44 à 74% des protéines de la graine et de produire un raffinat essentiellement fibreux, contenant au plus 8% de lipides, 12% de protéines et 0,82 g/kg d’azadirachtine. Une des meilleures voies de traitement de la suspension que constitue le filtrat brut est la séparation solide-liquide par centrifugation. Ce procédé de séparation permet d’obtenir une émulsion diluée contenant 42 à 64% des lipides et jusqu’à 41% des protéines de la graine. La décantation centrifuge permet de le réaliser efficacement, mais elle peut présenter des inconvénients pour le traitement de grands volumes. Considérée comme sous-produit du traitement du filtrat brut, la phase insoluble peut contenir 24 à 48% des lipides, 32,9 à 47% des protéines et 10 à 13% de l’azadirachtine de la graine. L’eau s’est avérée être le meilleur solvant de ce procédé de fractionnement. Le pressage des graines de neem suivi de l’extraction aqueuse ou hydroalcoolique dans le même extrudeur bi-vis permettent d’exprimer jusqu’à 32% de l’huile de la graine et de récupérer 20% de l’huile de la graine sous forme claire, avec très peu d’azadirachtine, en assurant de meilleurs rendements en azadirachtine et en protéines au filtrat brut. Deux voies de traitement des filtrats ont été étudiées : celle conduisant à une émulsion d’azadirachtine et celle conduisant à l’obtention d’une poudre lyophilisée d’azadirachtine. La valorisation du raffinat d’extrusion, fibreux, a été orientée vers la production d’agromatériaux par thermopressage. Un schéma de bioraffinage de la graine de neem pour la valorisation de ses constituants a été ainsi mis en place. / Neem and desert date seeds were characterized and their fractionation perspectives oriented. A process of fractionation of neem seeds in twin-screw extruder has been studied for the purpose of production and integrated valorization of its fractions: oil, co-extract of azadirachtin, proteins and lipids, and extrusion raffinate. The use of water and water/ethanol mixtures (up to 75% ethanol) with a twin-screw extruder configuration defining four zones (a feed zone, a grinding zone, a solidliquid extraction zone and a solid / liquid separation zone), allows to extract from the filtrate 83 to 86% of the azadirachtin, 86 to 92% of the lipids and 44 to 74% of the proteins of the seed thereby producing a raffinate essentially fibrous containing at most 8% lipids, 12% proteins and 0.82 g/kg azadirachtin. One of the best ways of processing the suspension that is the crude filtrate, is a solid-liquid separation by centrifugation. This separation process makes it possible to obtain a diluted emulsion containing 42 to 64% of the lipids and up to 41% of the proteins of the seed. A centrifugation achieves it effectively, but this separation process can have disadvantages in the treatment of large volumes. Considered as a by-product of the treatment of crude filtrate, the insoluble phase can contain 42 to 64% of the lipids, 32.9 to 47% of the proteins and 10 to 13% of the azadirachtin of the seed. Water has proven to be the best solvent in this fractionation process. The pressing of the neem seeds followed by the aqueous or hydroalcoholic extraction in the same twin-screw extruder makes it possible to extract up to 32% of the oil of the seeds and to recover 20% of the seed oil in clear form, with very little azadirachtin, ensuring better extraction yields of azadirachtin and proteins to the crude filtrate. Two treatment pathways of the filtrates were studied: one leading to an emulsion of azadirachtin and another to a freeze-dried powder of azadirachtin. The valorization of the fibrous extrusion raffinate has been oriented towards the production of agromaterials by thermopressing. A biorefinery scheme of the neem seed for the valorization of its constituents has thus be implemented.

<p dir="ltr">Additive manufacturing (AM) of gun propellants is an emerging and promising field which addresses the limitations of conventional manufacturing techniques. Overall, this thesis is a body of work which serves to bridge the gap between fundamental research and application of additively manufactured gun propellants.</p>