Este trabalho apresenta o estudo da dinâmica vertical de um veículo off-road de competição e do comportamento elastocinemático de suas suspensões primárias de duplo estágio com o auxílio da ferramenta computacional de simulação de sistemas multicorpos MSC-ADAMS. O modelo multicorpos do veículo inclui os modelos da suspensão dianteira, suspensão traseira, sistema de direção, pneus e massa suspensa. As análises elastocinemáticas das suspensões definiram geometrias que permitem longos cursos de trabalho das suspensões sem variações indesejadas de parâmetros de projeto. Com a análise modal do modelo de veículo completo foram definidos os valores de rigidez das molas das suspensões de duplo estágio que resultaram em valores de freqüência natural no primeiro estágio semelhantes aos indicados para carros de passeio e no segundo estágio, próximos dos encontrados em veículos de competição. A análise de conforto do veículo durante simulação de passagem por trecho de pista demonstrou que os elementos de força definidos na análise modal resultam em níveis de conforto raramente encontrados em veículos de competição. / This dissertation presents the study of a off-road competition vehicle ride and the double rate suspensions elastokinematic behavior using the multibody software MSC-ADAMS. The vehicle multibody model includes the rear and front suspensions, the steering system, the tires and the sprung mass. The suspensions elastokinematic analysis defined geometric configurations that allowed long jounce and rebound travel of wheel, without undesirable project parameters variations. In the modal analysis of the vehicle multibody model, the springs rates that results in natural frequencies values similar to passenger cars for the first suspension stage and, for the second stage, similar to competition vehicles, were defined. The ride analysis during the simulation of the vehicle running on a rough track showed that the force elements defined on the modal analysis resulted in a good ride quality, rarely found in competition vehicles.

O presente projeto de trabalho buscou avaliar e estabelecer relações de causa e efeito que justificassem a ocorrência de singularidades no comportamento reológico de formulações complexas contendo elevada carga de sólidos em suspensão incorporada. O mecanismo de estabilização coloidal empregado para preparação das formulações e posterior análise foi o mecanismo de estabilização eletroestérico. O caso particular estudado correspondeu à dispersão de cargas inorgânicas (óxido de alumínio) em meio aquoso auxiliada pela incorporação de conteúdo orgânico com ação dispersante (poliacrilato de amônio) e ligante (emulsão acrílica) respectivamente. A implementação de técnicas analíticas complementares permitiu o estudo detalhado de uma singularidade associada ao comportamento reológico do sistema, exclusivamente evidenciada em função da elevada carga de sólidos, oferecendo, portanto, subsídios para elaboração de um modelo supramolecular fundamentado em possíveis alterações de configuração das cadeias poliméricas para justificativa do fenômeno. A contribuição referente ao pleno entendimento do fenômeno, considerando-se suas causas e efeitos, reside na possibilidade de se estabelecer diretrizes de formulação que propiciem a otimização das quantidades de aditivos incorporados e o respectivo controle do estado de dispersão e estabilidade do sistema. Considerou-se, para efeitos práticos de engenharia de formulação, que o mínimo secundário de viscosidade corresponda ao ponto ótimo de estabilidade do sistema mesmo que a condição de máxima dispersão já tenha sido alcançada para uma concentração de dispersante equivalente ao mínimo primário de viscosidade. A contribuição do efeito estérico associada à reduzida distância de separação entre as partículas (IPS) mostrou-se de vital importância para assegurar a viabilidade de uma dada formulação. A proposta aqui apresentada fundamentou-se no mecanismo de depleção como principal força motriz para desencadear possíveis mudanças de conformação espacial das cadeias poliméricas implicando, portanto, em alterações do raio hidrodinâmico, da fração volumétrica efetiva ocupada e da intensidade de interação (repulsão) entre as partículas. O efeito da dinâmica configuracional sofrida pelo sistema refletiu-se diretamente no comportamento reológico do mesmo. O caráter de inovação do presente trabalho reside na utilização não convencional da técnica de espectroscopia eletroacústica, empregada para avaliação de mudanças do raio hidrodinâmico de partículas em suspensão (sistemas concentrados), integrada com a técnica de turbidimetria dinâmica de varredura para avaliação de desempenho (cinética de sedimentação) de formulações complexas (suspensões). / The present research project pretended to evaluate and establish cause and effect relationships able to justify the singularities evidenced when exploring the rheological behaviour of complex formulations containing elevated solids loading. The stabilization mechanism used for the preparation of the dispersed systems and subsequent analyses corresponded to the electrosteric mechanism. The particular case studied herein corresponded to the dispersion of inorganic colloidal particles (aluminun oxide) in aqueous media assisted by the incorporation of organic components acting respectively as dispersant (ammonium polyacrylate) and binder agent (acrylic emulsion). The implementation of complementary analytical techniques enabled the detailed study of a singularity related to the rheological behaviour of the system that could only be evidenced for high solids loading condition. The results obtained provided the fundamental concepts necessary to propose a supramolecular model based on possible conformational changes associated with the adsorbed polymeric chains and sufficient to justify the phenomenon. Considering the practical aspects related to formulation engineering, it was determined that the secondary minimum viscosity corresponds to the optimum stablity condition although the maximum dispersion condition was achieved for dispersant concentrations equal to the primary minimum viscosity. The contribution of the steric effect associated with the reduced interparticle separation distance (IPS) showed itself to be of vital importance to ensure the viability of a stable formulation. The proposal here presented suggests that the depletion mechanism corresponds to the major cause that imparts possible configurational changes related to the adsorbed polymer chains. As a result of, significant alterations of the hydrodynamic radius, effective volume fraction occupied by and interaction intensity (repulsion) between the particles are expected. The effect of the configurational dynamics experienced by the system reflected directly on the associated rheological behaviour.The innovation character of the present work relies on the employment of the electrosacoustic spectroscopy technique to evaluate possible changes of the hydrodynamic radius of the suspended particles (concentrated systems) integrated with the dynamic turbidimetry technique to evaluate the performance (sedimentation kinetics) of the complex formulations.

Le transport des micro-organismes, comme par exemple les bactéries, par un fluide se retrouve au centre de thématiques de recherche dans des domaines aussi variés que de la biologie, l’écologie, l’ingénierie et la médecine.Ce manuscrit résume mon étude expérimentale du couplage entre le mouvement microscopique de la nage des bactéries et le mouvement advectif de l’écoulement.La première partie du manuscrit porte sur la rhéologie des suspensions d’E. coli sous faible taux de cisaillement. Pour cette condition, j’ai montré que les perturbations hydrodynamiques induites par la nage réduisent fortement la viscosité. Cet effet peut-être si important pour qu’il soit suffisant pour compenser entièrement la perte visqueuse due au cisaillement.La seconde partie traite des expériences d’écoulement réalisées dans un canal capillaire. Pour cette géométrie, j’ai examiné le couplage pour des écoulements caractérisés par un plus fort taux de cisaillement. Le suivi des trajectoires et le dénombrement des bactéries m’ont permis de mettre en évidence l’existence d’une composante de vitesse normal à la direction de l’écoulement. Cette dernière montre que les bactéries suivent des trajectoires hélicoïdales qui s’enroulent autour du centre du capillaire d’une façon antihoraires. Cette nouvelle composante est corrélée à la migration préférentielle des bactéries dans une couche de localisation proche de la paroi du canal.Les couplages rhéotactiques bactéries/fluide que j’ai étudiés doivent avoir des conséquences potentielles sur le transport en géométries plus complexes qui mériteraient une étude particulière. / The question of transfer and spreading of living microorganisms, such as motile bacteria, is of interest in biology and ecology, but also in engineering and medicine.The way in which the background flow affects the behavior of these bacteria and how it impacts the bacterial transport through complex systems and on the macroscopic properties of the fluid remains unclear and little studied.In this thesis, I present an experimental investigation of the coupling between the local bacteria-driven motion and the fluid advection.In a first part, I investigate the rheological response of E. coli suspensions when subjected to weak flows (low shear rates). I show that, in particular conditions, the microscopic perturbations caused by the bacteria highly impact on the macroscopic viscosity of the suspension, leading to a striking viscosity decrease and eventually overcoming the dissipative effects due to viscous loss. I also identify the relevant time scales defining this viscosity decrease.In a second part, I perform experiments in a capillary channel and analyze the coupling for stronger flows (higher shear rates), at which bacteria were found not to impact on the macroscopic viscosity. Instead, by analyzing the bacterial trajectories under flow, I evidence a breakage of the symmetry of this trajectories which, characterized by a preferential migration, causes the localization of the bacteria in a layer that extends over a significant distance from the surface, and thus potentially influencing the bacterial transport in complex systems

Nous étudions dans cette thèse les problèmes liés à la Commande Globale de Châssis (CGC) automobile. L'objectif est de développer des méthodes pour piloter différents actionneurs du véhicule (suspensions, freinage et direction) afin de les faire collaborer, dans le but d'améliorer le confort et la sécurité, et, de maitriser la dynamique du véhicule. Ce problème est complexe car il implique des dynamiques variées, non linéaires et de fortes contraintes au niveau des actionneurs. Les méthodes et outils utilisés sont issus des récents développements de l'automatique dans le domaine de la commande robuste pour les systèmes linéaires à paramètres variant (LPV). Dans ce contexte, les principaux thèmes développés concernent la modélisation, l'analyse et le contrôle des véhicules automobiles, ainsi que le contrôle robuste des systèmes LPV, utilisant les outils des inégalités linéaires matricielles (LMIs). Les principaux résultats traitent du développement de méthodes LPV pour la synthèse de commande robuste de suspension semi-active et de la synthèse de contrôle global de châssis (CGC) garantissant sécurité et agrément de conduite.

Afin de rendre plus sûre la manipulation de produits pyrotechniques présentant par nature un risque d'explosion accidentelle vis-à-vis des agressions mécaniques et thermiques extérieures, de nouvelles formulations ont vu le jour. Parmi ces « Matières Détoniques Extrêmement Peu Sensibles », le partenaire industriel Nexter Munitions met en œuvre une formulation labellisée XF13333 qui a par ailleurs la propriété d'être recyclable.<br /><br />Avant d'être à l'état solide, les explosifs de type XF13333 se présentent sous forme de suspensions dont la fraction volumique solide est de l'ordre de 55%. L'aptitude à l'écoulement de ces pâtes est donc gouvernée par la rhéologie des suspensions concentrées. Le procédé de préparation utilisé par le partenaire industriel étant de type coulée-fondue, l'objectif des travaux présentés dans ce manuscrit est de proposer un modèle prédictif du temps que met une suspension concentrée en matériaux énergétiques à s'écouler gravitairement depuis un réacteur agité de mélange vers un corps d'obus initialement vide.<br /><br />L'étude de l'influence de la fraction volumique solide sur le comportement rhéologique de suspensions modèles inertes a d'abord été envisagée. Deux échelles de taille de grains ont été considérées, l'une micrométrique et l'autre nanométrique. En fonction de la taille des particules, la pâte adopte différents comportements rhéologiques : la suspension constituée de particules micrométriques adopte un comportement newtonien tandis que la suspension constituée de particules nanométriques passe d'un comportement newtonien à un comportement de fluide à seuil, de type Bingham ou Herschel-Bulkley.<br /><br />Nous nous sommes ensuite intéressés à l'influence de l'état d'organisation de la phase solide que l'on peut décrire par la fraction volumique maximale de solide. Nous avons étudié l'influence de ce paramètre sur le comportement rhéologique des suspensions. Etant donné la forte analogie de comportement entre une pâte d'explosifs et le ciment, nous nous sommes intéressés aux travaux de recherche menés depuis de nombreuses années dans le secteur du génie civil. En particulier, nous avons utilisé le modèle de De Larrard pour calculer fraction volumique maximale de solide à partir des distributions en taille des grains constituant le mélange.<br /><br />Pour caractériser la rhéologie des suspensions XF13333, l'utilisation d'un rhéomètre de Couette n'est pas adaptée car la sédimentation des particules et la déstabilisation de l'émulsion formant le fluide suspendant rendent la suspension inhomogène. Pour la maintenir dans sa fonction d'usage (i.e. homogène), nous avons développé un rhéomètre non conventionnel et appliqué l'analogie de Couette. Il est ressorti de cette étude expérimentale que ces suspensions complexes sont des fluides d'Ostwald.<br /><br />La modélisation du temps d'écoulement des suspensions XF13333 en configuration industrielle s'est fondée sur l'expression de la viscosité d'une suspension concentrée de Quemada. Les valeurs théoriques ont été comparées aux valeurs expérimentales de temps de vidange d'un certain volume de suspension concentrée XF13333.. Il est ressorti que le modèle de temps d'écoulement proposé représente correctement la réalité.

Dans cette thèse, je m'intéresse à la dynamique hétérogène et au phénomène de vieillissement dans les suspensions colloïdales de sphères dures et dans le modèle de sphères quasi-dures. Ces phénomènes sont étudiés par des techniques de diffusion de la lumière et par des simulations de dynamique moléculaire. La mesure expérimentale des fluctuations induites de la dynamique permet d'estimer quantitativement la taille des régions coopératives dans le système. Les simulations numériques permettent de valider ces mesures. <br />Dans l'étude de la dynamique hors équilibre, nous montrons que les systèmes très concentrés peuvent être équilibrés si le temps de mesure est suffisamment grand, environ dix fois le temps caractéristique de relaxation.

Les objectifs de cette thèse visent le développement d'un traitement inédit dans un repère spatiale tridimensionnel, pour le problème de la dynamique de collisions diffusives d'objets macromoléculaires en solution en écoulement hydrodynamique à l'intérieur des pores de largeur variable, soumis aux forces hydrodynamiques, du mouvement brownien et des collisions diffusifs aux parois des pores, en utilisant la modélisation théorique et les simulations numériques. L'approche par simulation numérique est nécessaire car il est extrêmement complexe d'utiliser des outils analytiques à présent pour traiter le problème de ces collisions diffusives aux parois solides. Les algorithmes que nous avons développés et les simulations correspondantes sont suffisamment généraux et avancés pour être directement appliquée à l'étude de la dynamique d'une grande variété de polymère et des particules biologiques dans des solutions diluées sous diverses conditions physiques et hydrodynamiques à l'intérieur des pores. Par ailleurs, les mécanismes conduisant à l'adhésion de nano particules et de particules macromoléculaires sous conditions de non-équilibre, en raison de l'influence contradictoire des collisions mécaniques diffusifs et les forces attractives de Hamaker aux parois solides, sont d'un intérêt majeur. Nous avons donc développé un modèle théorique pour calculer le coefficient de restitution. L'objectif est de quantifier le bilan énergétique pendant le processus de collision diffusive de ces particules aux parois, sous l'influence des forces de répulsion d'une part et les forces attractives de Hamaker. Cela se fait par l'élaboration d'un modèle, basé sur le JKR et les théories d'Hertz, pour tenir compte des pertes d'énergie lors des collisions et des gains d'énergie en raison des interactions Hamaker. L'adhésion arrive si le bilan énergétique le permet. Notre modèle théorique est développé en proposant une approche particulière basée sur le potentiel Hamaker. Nous démontrons ce bilan par le biais d'une équation caractéristique non linéaire pour le coefficient de restitution, et analysons ses propriétés qui déterminent l'adhésion ou non pour diverses conditions physiques initiales.

De nombreux matériaux du génie civil, comme le béton ou les enrobés bitumineux, sont des pâtes granulaires, c'est-à-dire des suspensions dont la concentration volumique en inclusions solides est très élevée. Ce travail porte sur la modélisation et la simulation numérique discrète du comportement et du compactage de pâtes granulaires 2D non browniennes et non colloïdales constituées de grains élastiques rugueux de forme circulaire, baignant dans un liquide newtonien de très grande viscosité. Après avoir introduit un modèle de pâte granulaire dans lequel le seul effet du liquide est d'induire des interactions de lubrification entre paires de grains proches, nous présentons une méthode numérique quasi-statique permettant de simuler le comportement de ces systèmes lorsqu'ils sont soumis à un état de contrainte donné. L'étude de l'état d'équilibre adopté par une pâte granulaire lubrifiée lorsqu'on lui applique une pression isotrope montre que, dans la limite où la rugosité des grains est nulle, un tel système se comporte comme un assemblage sec de grains non frottants. C'est la raison pour laquelle nous étudions ensuite le comportement de ces assemblages en 3D lorsqu'on les soumet à des chargements statiques anisotropes ainsi qu'à des essais de cisaillement simple dans la limite quasi-statique. Nous montrons en particulier que les coefficients de frottement interne statique et dynamique sont non nuls et coïncident, que ces assemblages ne présentent aucune dilatance et qu'ils satisfont un critère de rupture de Lade-Duncan. Le comportement d'une pâte granulaire lubrifiée 2D faite de grains de rugosité finie soumise à un cisaillement maintenu est ensuite analysé et nous comparons nos résultats avec ceux obtenus en cisaillant des assemblages granulaires secs 2D. Finalement, nous étudions de manière détaillée les paramètres influençant le compactage d'une pâte granulaire lubrifiée et mettons en évidence la réduction de la mobilisation du frottement intergranulaire accompagnant la densification du matériau.

La sédimentation des suspensions aqueuses de particules minérales microniques, polydisperses et concentrées a été analysée à l'aide du Turbiscan MA 2000 fondé sur la diffusion multiple de la lumière, en vue d'établir la procédure qui permet de déceler la présence d'une morphologie fractale, puis de déduire les règles de comportements des suspensions fractales par la modélisation avec les réseaux de neurones. Le domaine des interactions interparticulaires physicochimiques (0 à 10% volumique en solide) a été privilégié.La méthodologie de détermination de la structure multifractale des agglomérats et de la suspension a été proposée. La modification structurale des agglomérats qui est à l'origine de comportements non linéaires des suspensions et qui dépend des propriétés cohésives des particules primaires, est interprétée par la variation de la mobilité électrophorétique des particules en suspension. Une approche d'estimation de ces modifications structurales par les réseaux de neurones, à travers la dimension fractale, a été présentée. Les limites du modèle à assimiler ces comportements particuliers ont été expliquées comme résultant du faible nombre d'exemples et de la grande variabilité des mesures aux faibles fractions volumiques en solide.

L'un des phénomènes physiques responsable de l'apparition des fractures est la consolidation. Qu'elle soit d'origine thermique ou de séchage, la consolidation se traduit par la rétraction du matériau solide et mène sous certaines conditions, à la formation de figures de fractures typiques. On peut observer ces fractures dans les toiles d'art ou encore lors de l'évaporation de la phase fluide dans les milieux tels les suspensions colloïdales, les enduits, la boue, etc. Dans ce travail de doctorat, on s'intéresse aux fractures de rétraction qui apparaissent lors du séchage d'un système modèle constitué d'une suspension colloïdale concentrée de particules sphériques de nanolatex (D~100 nm). Durant le séchage d'un tel système, le réseau de particules forme un gel poreux qui se rétracte et se consolide sous l'effet de la pression capillaire. Quand la suspension est déposée en film mince sur un substrat rigide, la rétraction due à la consolidation devient limitée par son adhésion sur le substrat et d'intenses contraintes de tension peuvent appara\^{i}tre et conduire à l'apparition de fractures. Notre objectif est d'approcher ce problème de fissures de séchage d'un point de vue macroscopique par la mécanique des milieux continus en supposant que le film gélifié peut être modélisé par un milieu poroélastique et que la fissuration peut être prédite par la mécanique de la rupture fragile. Dans cette optique, nous avons mis en place un ensemble d'expériences permettant de valider cette approche. Il s'agit de la caractérisation de films colloïdaux par le test d'indentation et l'estimation des contraintes de tension dans ces films par la technique de la lame encastrée. Le test de microindentation permet d'obtenir une estimation du module de rigidité, de la dureté et de la viscosité du film solide, ainsi que de la ténacité et de l'énergie à la rupture. La technique de la lame encastrée tend à montrer que les contraintes de tension mesurées peuvent être estimées par la poroélasticité et la fracturation par la mécanique linéaire de la rupture.