L'expérience OPERA propose de mettre en évidence l'oscillation par apparition du dans un faisceau pur en . Ce faisceau est produit au CERN, puis dirigé sur le détecteur situé à 732 km plus loin. Le détecteur OPERA est composé de deux spectromètres à muons et d'une cible formée de murs de briques qui sont une alternance de feuilles de plomb et d'émulsions. Cette structure permet de reconstruire avec une haute résolution spatiale la topologie de désintégration en coude du tau. Le grand défi de l'expérience OPERA est de pouvoir mettre en évidence les interactions avec le moins d'incertitude possible à travers l'identification de tout événement de bruit de fond ne comportant pas un . C'est à ce niveau que mon travail apporte une contribution intéressante en offrant la possibilité de réduire d'avantage le bruit de fond. Ma contribution principale d'analyse concerne le développement de la sélection, de la reconstruction et l'identification des muons de basse énergie à l'aide des émulsions nucléaires. Ce travail repose sur la mise en corrélation de variables sensibles à la fois à la perte d'énergie et à la diffusion multiple. Auparavant, seule l'énergie perdue était utilisée dans les analyses de séparation . Mon étude a permis de doubler l'efficacité d'identification des muons de basse énergie ce qui va permettre d'accroître la puissance de rejet des événements de bruit de fond et de diminuer la contamination de 30%. J'ai également étudié le pouvoir des émulsions dans l'identification et la séparation des particules chargées à travers l'analyse d'un test réalisé par le groupe de Nagoya au Japon contenant des protons et des pions de différentes énergies. J'ai montré que le système de scan Européen donne des résultats comparables aux résultats obtenus par le système de scan Japonais.

Lors de l'utilisation d'une émulsion en tant que lubrifiant, au-delà d'une plage de fonctionnement stable où le frottement reste à peu près constant, il existe souvent une vitesse critique de quelques m/s, au-delà de laquelle accélérer provoque une hausse du frottement. En conséquence, les lamineurs ne peuvent raisonnablement laminer pour des vitesses supérieures à cette vitesse critique. Les gains de productivité se voient ainsi plafonnés. Pourquoi cette augmentation, et comment pourrait-on l'éviter ?Pour répondre à cette question, nous avons d'abord mis en relation des mesures globales en laminage (frottement moyen, Reich et al.) avec des mesures d'épaisseur de film lubrifiant faites par Zhu et al. dans un contexte assez différent : l'Elasto-HydroDynamique (EHD). En effet, le comportement observé en EHD nous a paru susceptible de fournir une bonne explication au comportement relevé en laminage.Conforter cette analogie entre deux situations nettement différentes passe par la modélisation. Il faut cerner les mécanismes qui concourent à la formation du film lubrifiant dans les deux cas. Nous avons donc repris des modèles de la littérature : celui de Szeri et celui de Wilson. Nous les avons complétés et couplés, après avoir constaté que chacun devait représenter de manière satisfaisante les conditions régnant dans les diverses parties du contact.En matière de lubrification, le modèle développé montre que la taille des gouttes d'huile et la capacité qu'elles ont de s'adsorber, de former un plate-out conséquent constituent des paramètres nettement plus influents que la viscosité.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les matériaux vitreux mous (émulsion concentrée, mousse, suspension concentrée...) présentent un comportement rhéologique entre solide et liquide. Aux petites contraintes le système reste élastique, mais au-dessus d’une contrainte seuil, le système s’écoule comme un liquide visqueux. Ce comportement se trouve dans de nombreux fluides industriels comme dans les cosmétiques, l’agro-alimentaire ou encore le béton. Une contrainte seuil n’apparait que au dessus d’une certaine fractions volumique. Au dessus de cette fraction les particules se bloquent entre elle, la relaxation n’est plus possible et l’écoulement devient fortement coopératif.Cette coopérativité influe sur la rhéologie à petite échelle, Quand le confinement devient de l’ordre de quelques particules, la viscosité ne dépend plus uniquement, comme habituellement, de la contrainte locale mais aussi de la contrainte au voisinage. C’est ce qu’on appelle rhéologie non-localeJ’ai étudié expérimentalement ce comportement en utilisant les outils de micro fluidiques. J’ai étudié une micro-émulsion concentrée s’écoulant dans un microcanal en observant directement l’écoulement des gouttes avec un microscope confocal. Les résultats sont comparés au model “Kinetic-Elasto-Plastic” de Bocquet et al. 2009 et à des simulations de dynamique moléculaire. / Soft glassy materials (concentrated emulsion, foams, concentrated suspension…) present rheological properties between solids and liquid. Under small stress they stay elastic but at stress higher than a yield stress they begin to flow as a liquid. Those fluids are used in cosmetics, food industry or building materials as concrete. The yield stress behavior only appears when the volume fraction is high enough, where the particles are blocked by their neighbors. So the systems cannot relax and the flow become highly cooperative.This cooperativity impacts the rheology at small scale. When the confinement is of the order of few particles, the viscosity does not only depend on the local stress as usually but also on the stress in the neighborhood. This is called non-local rheology.I studied experimentally this behavior by flowing concentrated emulsion in a microchannel and observing directly the flow of the droplet with a confocal microscopy. The results from these microfluidics experiments are compared to predictions of the Kinetic Elasto Plastic model of Bocquet et al. 2009 and molecular dynamic simulation of jammed soft particles.

Deux émulsions cationiques modèles sont mises au contact avec un solide présentant une charge superficielle négative et avec une solution alcaline. Premièrement, lorsque des quantités déterminées de sable de Fontainebleau sont ajoutées sur une émulsion stabilisée par un ammonium quaternaire, la viscosité des émulsions résiduelles diminue avec l'addition de sable et l'hétérofloculation a lieu si nous ajoutons suffisamment de sable. Les résultats montrent que la concentration de la phase dispersée diminue et le processus dépends de la concentration de tensioactif dans la phase continue de l'émulsion. Etant donné que ni la taille des gouttes ni la distribution ne changent pendant l'addition des solides, nous proposons l'adsorption directe des gouttes sur la surface minérale, suivie par leur coalescence sur les particules de sable. Par ailleurs, lorsqu'une solution alcaline est rajoutée sur une émulsion stabilisée par une amine, l'équilibre chimique est rapidement perturbé. L'addition de NaOH implique la production d'amine, le volume effectif des gouttes diminue et le comportement rhéologique des émulsions évolue de rhéofluidifiant à Newtonien. La déstabilisation résultant de la remontée de pH est due à la coalescence des gouttes à cause de la déprotonation du tensioactif. La formulation interfaciale évolue à chaque addition de la solution alcaline et le système bascule vers la production d'une microémulsion très instable. Les conditions pour la déstabilisation des émulsions peuvent être optimisées par un suivi rhéologique, mais il est fondamental de tenir compte des diverses possibilités pouvant se présenter si le processus n'est pas contrôlé strictement / Two cationic model emulsions are contacted with a solid having a negative-charged surface and with a caustic soda solution. In one hand, emulsions stabilized by a quaternary ammonium are contacted with Fontainebleau sandstone, as a consequence, a viscosity reduction of the remaining emulsion is observed, as well as the emulsion break-up through a heteroflocculation mechanism provided the solid surface is large enough. Results show that the dispersed oil fraction decreases after addition of sandstone aliquots, and this depends on the concentration of surfactant in the continuous phase of the emulsion. As the droplet size and distribution remain constant during the process, it is assumed that the emulsion heteroflocculation is the result of direct oil droplets adhesion on the sand surface, followed by their coalescence around the sand particles. On the other hand, when an alkali solution is added to a model cationic oil-in-water emulsion, chemical equilibrium is rapidly affected. The effective droplets volume decreases and rheological behavior which firstly exhibits a shear-thinning behavior becomes gradually Newtonian. The abrupt emulsion destabilization by pH increase is the result of droplets coalescence as a consequence of electrostatic repulsions disappearance among droplets. The surfactant adsorption at the liquid-liquid interface changes, the optimal formulation is reached and emulsion becomes unstable. After all, the emulsion morphology, stability and even emulsion inversion are all controlled by pH. Emulsion destabilization can be studied by a rheological monitoring process but it is hardly recommended keep in mind all physicochemical phenomena if this method is not strictly controlled

La cristallisation des hydrates pendant la production de pétrole est une source de risques, surtout liés au bouchage des lignes de production dû à l’agglomération des hydrates. Pendant l'extraction de pétrole, l'huile et l'eau circulent dans le pipeline et forment une émulsion instable. La phase eau se combine avec les composants d'hydrocarbures légers et peut former des hydrates. La cristallisation des hydrates a été intensivement étudiée, principalement à faible fraction d’eau. Cependant, lorsque le champ de pétrole devient mature, la fraction d’eau augmente et peut devenir la phase dominante, un système peu étudié concernant à la formation d'hydrates. Plusieurs techniques peuvent être combinées pour éviter ou remédier la formation d'hydrates. Récemment, une nouvelle classe d'additifs a commencé à être étudiée : Inhibiteurs d'Hydrates à Bas Dosage (LDHI), divisés en Inhibiteurs Cinétiques (KHI-LDHI) et anti-agglomérants (AA-LDHI).Ce travail est une étude paramétrique de la formation d'hydrates à partir de l'émulsion, en variant la fraction d’eau, le débit, en absence et en présence d’AA-LDHI. Les expériences ont été réalisées sur la boucle d'écoulement Archimède, qui est en mesure de reproduire les conditions de la mer profonde. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension de la formation d'hydrate et de comprendre comment l'additif dispersant évite l'agglomération. Pour ce faire, un modèle comportemental de la cristallisation pour les systèmes sans et avec additif a été développé. Il a également été proposé une technique pour déterminer la phase continue du système et un mécanisme d'action pour l'anti-agglomérant a été suggéré. / Crystallization of hydrates during oil production is a major source of hazards, mainly related to flow lines plugging after hydrate agglomeration. During the petroleum extraction, oil and water circulate in the flow line, forming an unstable emulsion. The water phase in combination with light hydrocarbon components can form hydrates. The crystallization of hydrates has been extensively studied, mainly at low water content systems. However, as the oil field matures, the water fraction increases and can become the dominant phase, a system less known in what concerns hydrate formation. Actually, several techniques can be combined to avoid or remediate hydrate formation. Recently, a new class of additives called Low Dosage Hydrate Inhibitor (LDHI) started to be studied, they are classified as Kinetic Hydrate Inhibitors (KHI-LDHI) and Anti-Agglomerants (AA-LDHI).This work is a parametric study about hydrate formation from emulsion systems ranging from low to high water content, where different flow rates and the anti-agglomerant presence were investigated. The experiments were performed at the Archimède flow loop, which is able to reproduce deep sea conditions. The goal of this study is enhancing the knowledge in hydrate formation and comprehending how the dispersant additive acts to avoid agglomeration. For this matter, it was developed a crystallization topological model for the systems without and with additive. A technique to determine the system continuous phase and a mechanism of the anti-agglomerant action from the chord length measurements were also proposed.

La cristallisation des hydrates pendant la production de pétrole est une source de risques, surtout liés au bouchage des lignes de production dû à l’agglomération des hydrates. Pendant l'extraction de pétrole, l'huile et l'eau circulent dans le pipeline et forment une émulsion instable. La phase eau se combine avec les composants d'hydrocarbures légers et peut former des hydrates. La cristallisation des hydrates a été intensivement étudiée, principalement à faible fraction d’eau. Cependant, lorsque le champ de pétrole devient mature, la fraction d’eau augmente et peut devenir la phase dominante, un système peu étudié concernant à la formation d'hydrates. Plusieurs techniques peuvent être combinées pour éviter ou remédier la formation d'hydrates. Récemment, une nouvelle classe d'additifs a commencé à être étudiée : Inhibiteurs d'Hydrates à Bas Dosage (LDHI), divisés en Inhibiteurs Cinétiques (KHI-LDHI) et anti-agglomérants (AA-LDHI).Ce travail est une étude paramétrique de la formation d'hydrates à partir de l'émulsion, en variant la fraction d’eau, le débit, en absence et en présence d’AA-LDHI. Les expériences ont été réalisées sur la boucle d'écoulement Archimède, qui est en mesure de reproduire les conditions de la mer profonde. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension de la formation d'hydrate et de comprendre comment l'additif dispersant évite l'agglomération. Pour ce faire, un modèle comportemental de la cristallisation pour les systèmes sans et avec additif a été développé. Il a également été proposé une technique pour déterminer la phase continue du système et un mécanisme d'action pour l'anti-agglomérant a été suggéré. / Crystallization of hydrates during oil production is a major source of hazards, mainly related to flow lines plugging after hydrate agglomeration. During the petroleum extraction, oil and water circulate in the flow line, forming an unstable emulsion. The water phase in combination with light hydrocarbon components can form hydrates. The crystallization of hydrates has been extensively studied, mainly at low water content systems. However, as the oil field matures, the water fraction increases and can become the dominant phase, a system less known in what concerns hydrate formation. Actually, several techniques can be combined to avoid or remediate hydrate formation. Recently, a new class of additives called Low Dosage Hydrate Inhibitor (LDHI) started to be studied, they are classified as Kinetic Hydrate Inhibitors (KHI-LDHI) and Anti-Agglomerants (AA-LDHI).This work is a parametric study about hydrate formation from emulsion systems ranging from low to high water content, where different flow rates and the anti-agglomerant presence were investigated. The experiments were performed at the Archimède flow loop, which is able to reproduce deep sea conditions. The goal of this study is enhancing the knowledge in hydrate formation and comprehending how the dispersant additive acts to avoid agglomeration. For this matter, it was developed a crystallization topological model for the systems without and with additive. A technique to determine the system continuous phase and a mechanism of the anti-agglomerant action from the chord length measurements were also proposed.

De nos jours, les émulsions doubles se trouvent dans de nombreuses applications dans différents domaines, tels que le domaine alimentaire, les produits cosmétiques, les produits chimiques ou biochimiques. Dans les produits alimentaires par exemple, les émulsions doubles peuvent permettre d’encapsuler des arômes ou de réduire la teneur en matières grasses. La littérature manque cependant de compréhension globale de ces systèmes. La modélisation peut améliorer la compréhension d'un système et permettre d'optimiser les conditions de fonctionnement afin d'améliorer la qualité du produit. Dans ces systèmes, la qualité du produit est déterminée par l'efficacité de l'encapsulation et la distribution de la taille des gouttes internes et externes, qui peuvent affecter la stabilité physique pendant le stockage. L'objectif de ce travail est de réaliser une étude théorique et expérimentale approfondie des phénomènes intervenant à la fois lors de la préparation et du stockage des émulsions doubles. La contribution du travail peut donc être divisée en deux parties. Dans un premier temps, nous étudions les paramètres affectant l’étape de préparation des émulsions doubles et nous proposons des modèles pour les décrire. Trois procédés ont été considérés pour l’émulsification des émulsions doubles, l’ultra-sonication, l’Ultra-Turrax et un réacteur agité. Le modèle est basé sur un modèle de bilan de population des gouttelettes externes, incluant les phénomènes de rupture et de coalescence, associé à un modèle de relargage des gouttes internes. Le relargage des gouttes internes est supposé être régi par la rupture des gouttes externes. Pour être applicables aux différents procédés, les modèles de rupture ont été adaptés aux différentes échelles de turbulence, de dissipation pour ultra-sonication et inertielle pour Ultra-Turrax. La deuxième contribution de ce travail concerne l’étude des phénomènes ayant lieu lors du stockage des émulsions doubles, notamment le gonflement et le relargage des gouttes. Dans ce cas, deux modèles de bilan de population des gouttelettes internes et externes ont été développés, comprenant les phénomènes de gonflement des gouttelettes internes, et donc externes, ainsi que le relagage des gouttelettes internes par diffusion et coalescence avec la phase continue externe. Le modèle de gonflement prend en compte la pression de Laplace qui contrebalance le gradient de pression osmotique et arrête le gonflement. Dans les différentes étapes de préparation ou de stockage, les modèles développés permettent de prédire les distributions de la taille des gouttelettes et le taux de libération / Double emulsions can nowadays be found in a number of applications in different domains, like food, cosmetics, chemicals or biochemical. In food for instance, double emulsions may allow to encapsulate flavors or reduce the fat content. Yet, the literature is still lacking a comprehensive understanding of these systems. Modelling may improve the understanding of a system and allow optimizing the operating conditions in order to improve the product quality. In these systems, the product quality is determined by the encapsulation efficiency and the inner and outer droplet size distribution, which may affect the physical stability during storage. The objective of this work is to handle theoretical and experimental investigations of the phenomena occurring during both the preparation and the storage of double emulsions. The contribution of the work can therefore be divided into two parts. First of all, investigations of the parameters affecting the preparation step of double emulsions are handled, and models are proposed to describe them. Three processes were considered for the emulsification of the double emulsions, ultrasonication, Ultra-Turrax and a stirred vessel. The model is based on a population balance model of the outer droplets, including the kernels of breakage and coalescence combined with a leakage model of the inner droplets. The leakage of inner droplets is assumed to be governed by the breakage of the outer droplets. In order to be applicable in the different processes, the breakage models were adapted to different scales of turbulence, the dissipation subrange for ultrasonication and the inertial subrange for the Ultra-Turrax. The second contribution of the work concerns the investigation of the phenomena taking place during the storage of the double emulsions, including swelling and release. In this case, two population balance models of the inner and outer droplets were considered, including the phenomena of swelling of the inner, and so of the outer, droplets as well as the escape of the inner droplets by diffusion and coalescence with the external continuous phase. The swelling model takes into account the Laplace pressure that counterbalances the osmotic pressure which is the driving force for swelling. In the different steps of preparation or storage, the developed models allow the prediction of the droplet size distributions and the release rate

La cristallisation des hydrates pendant la production de pétrole est une source de risques, surtout liés au bouchage des lignes de production dû à l’agglomération des hydrates. Pendant l'extraction de pétrole, l'huile et l'eau circulent dans le pipeline et forment une émulsion instable. La phase eau se combine avec les composants d'hydrocarbures légers et peut former des hydrates. La cristallisation des hydrates a été intensivement étudiée, principalement à faible fraction d’eau. Cependant, lorsque le champ de pétrole devient mature, la fraction d’eau augmente et peut devenir la phase dominante, un système peu étudié concernant à la formation d'hydrates. Plusieurs techniques peuvent être combinées pour éviter ou remédier la formation d'hydrates. Récemment, une nouvelle classe d'additifs a commencé à être étudiée : Inhibiteurs d'Hydrates à Bas Dosage (LDHI), divisés en Inhibiteurs Cinétiques (KHI-LDHI) et anti-agglomérants (AA-LDHI).Ce travail est une étude paramétrique de la formation d'hydrates à partir de l'émulsion, en variant la fraction d’eau, le débit, en absence et en présence d’AA-LDHI. Les expériences ont été réalisées sur la boucle d'écoulement Archimède, qui est en mesure de reproduire les conditions de la mer profonde. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension de la formation d'hydrate et de comprendre comment l'additif dispersant évite l'agglomération. Pour ce faire, un modèle comportemental de la cristallisation pour les systèmes sans et avec additif a été développé. Il a également été proposé une technique pour déterminer la phase continue du système et un mécanisme d'action pour l'anti-agglomérant a été suggéré. / Crystallization of hydrates during oil production is a major source of hazards, mainly related to flow lines plugging after hydrate agglomeration. During the petroleum extraction, oil and water circulate in the flow line, forming an unstable emulsion. The water phase in combination with light hydrocarbon components can form hydrates. The crystallization of hydrates has been extensively studied, mainly at low water content systems. However, as the oil field matures, the water fraction increases and can become the dominant phase, a system less known in what concerns hydrate formation. Actually, several techniques can be combined to avoid or remediate hydrate formation. Recently, a new class of additives called Low Dosage Hydrate Inhibitor (LDHI) started to be studied, they are classified as Kinetic Hydrate Inhibitors (KHI-LDHI) and Anti-Agglomerants (AA-LDHI).This work is a parametric study about hydrate formation from emulsion systems ranging from low to high water content, where different flow rates and the anti-agglomerant presence were investigated. The experiments were performed at the Archimède flow loop, which is able to reproduce deep sea conditions. The goal of this study is enhancing the knowledge in hydrate formation and comprehending how the dispersant additive acts to avoid agglomeration. For this matter, it was developed a crystallization topological model for the systems without and with additive. A technique to determine the system continuous phase and a mechanism of the anti-agglomerant action from the chord length measurements were also proposed.