Depuis quelques années, nous assistons à une prise de conscience croissante des effets à long terme des polluants chimiques sur l'environnement et la santé humaine. Il est donc nécessaire d'étudier non seulement leurs propriétés écotoxicologiques mais également leurs propriétés physicochimiques tels que la tension de vapeur (ou volatilité) et leur solubilité dans l'eau. L'Europe, quant à elle, a introduit la réglementation REACH (Registration, Evaluation and Autorisation of CHemicals) qui est entrée en vigueur le 1 juin 2007 dont le principal objectif est une meilleure connaissance des propriétés environnementales et sanitaires des substances chimiques. De même dans l’industrie, la détermination de la tension de vapeur des corps purs est une donnée indispensable pour les opérations de purification et de séparation. Dans ce but nous avons amélioré un appareil à saturation de gaz inerte existant au laboratoire. Une fois le bon fonctionnement de l’appareil vérifié (par mesure de la tension de vapeur d’un composé de référence : le phénanthrène) nous avons étudié des n-alcanes compris entre le C30 et le C60 ainsi que 8 hydrocarbures aromatiques polycycliques dans un large domaine de température (20 à 320 °C) et de pression (10-1 Pa à 10-7 Pa). Les résultats obtenus ont été comparés avec la littérature lorsque celle-ci est disponible. La détermination des tensions de vapeur de composés inorganiques d’intérêt industriel : tétrachlorure de Zirconium (ZrCl4) et le tétrachlorure d’hafnium (HfCl4) a été également entreprise. Les résultats expérimentaux des hydrocarbures polyaromatiques nous ont permis l’amélioration d’une équation d’état cubique (dérivée de celle de Peng-Robinson) dont les paramètres sont estimés par une méthode de contribution de groupes développée par Rauzy-Coniglio. Les tensions de vapeur prédites par le modèle sont en bon accord avec les valeurs expérimentales / For a few years, we have attended an increasing importance of the long-term effects of the chemical pollutants on the environment and human health. It is thus necessary to study not only their ecotoxicological properties but also their physico-chemical properties such as the vapor pressure (or volatility) and aqueous solubility. In Addition, the introduction of the regulation REACH (Registration, Evaluation and Authorization of CHemicals) in June 2007 whose main objective is a better knowledge of the environmental and medical properties of chemical substances has increased the necessity of compound characterization. From an industrial point of view, the determination of the vapor pressure of the pure substances is an essential data in many unit operations such as purification and separation. Thus, we improved an apparatus with saturation of inert gas existing at the laboratory. Once the good performance of the apparatus checked (by measurement of the vapor pressure of a reference compound: phenanthrene) we studied N-alkanes ranging between C30 and C60 and 8 polycyclic aromatic hydrocarbons in a broad temperature range (20 to 320°C) and of pressure (10-1 Pa with 10-7 Pa). The obtained results were compared with the literature when available. In addition, determination of the vapor pressure of inorganic compounds of industrial interest : zirconium tetrachloride (ZrCl4) and the hafnium tetrachloride (HfCl4) was also undertaken. The experimental results of polyaromatic hydrocarbons have allowed us to improve a cubic equation of state (derivative of Peng-Robinson EOS) whose parameters are estimated by a method of contribution of groups developed by Rauzy-Coniglio. The predicted vapor pressures were in good agreement with the experimental values

L’objectif principal de ce travail de thèse est de développer un modèle thermodynamique de type équation d’état cubique, permettant de prédire avec un maximum de précision les propriétés thermodynamiques des corps purs (des comportements de phases aux propriétés énergétiques - enthalpie, capacité calorifique - en incluant les propriétés volumiques) et des mélanges (équilibres de phases dans les régions sub- et supercritiques, points critiques, propriétés énergétiques, densités …), y compris les plus complexes. Concernant les corps purs tout d’abord : en nous appuyant sur la connaissance acquise par les études publiées pendant près d’un siècle et demi sur les équations d’état cubiques, nous avons identifié deux leviers pour accroître la précision de ces modèles. Le premier concerne la sélection d’une fonction α optimale (cette fonction est une quantité clef apparaissant dans le terme attractif du modèle) dont le bon paramétrage permet de représenter précisément les propriétés à saturation des corps purs, telles que la pression de saturation, l’enthalpie de vaporisation et la capacité calorifique du liquide à saturation. Afin que la fonction α puisse être extrapolée au domaine des hautes températures, nous avons défini les contraintes mathématiques que celle-ci doit respecter. Le second levier est le paramètre de translation volumique, paramètre clef pour la bonne représentation des densités liquides. Ces réflexions et les études associées sont à la base du développement des modèles tc-RK et tc-PR, utilisant une fonction α extrapolable à haute température ainsi qu’un paramètre de translation volumique, garantissant une précision jusqu’alors inégalée des propriétés sub- et supercritiques des corps purs prédites par des équations d’état cubiques. Afin d’étendre les modèles tc-RK et tc-PR aux mélanges, il a été nécessaire de développer des règles de mélange appropriées pour deux paramètres de l’équation d’état des mélanges : le covolume et le paramètre attractif. Des règles de mélanges récemment proposées qui combinent équation d’état et modèle de coefficient d’activité ont été adoptées. Les valeurs optimales des paramètres universels de ces règles de mélange ont été identifiées dans le cadre de cette thèse. Une règle de mélange linéaire pour le paramètre de translation volumique du mélange a été sélectionnée ; il a été prouvé que cette règle de mélange garantit l’invariance des propriétés d’équilibre de phases et des propriétés énergétiques entre les modèles translatés et non translatés. Afin de définir le modèle de coefficient d’activité optimal à intégrer dans la nouvelle règle de mélange, une base de données de 200 systèmes binaires a été développée. Ces systèmes binaires ont été sélectionnés afin d’être représentatifs des différents types d’interactions qui peuvent exister dans les mélanges non électrolytiques. La base de données accorde une place significative aux systèmes dits associés, qui sont certainement parmi les plus difficiles à modéliser par une équation d’état. In fine, cette thèse pose toutes les bases du développement d’une équation d’état cubique des mélanges. Le choix du modèle de coefficient d’activité optimal, la détermination des paramètres d’interactions binaires des 200 systèmes de la base de données et leur prédiction constituent des suites possibles de ce travail / The main objective of this thesis work is to develop a cubic equation of state thermodynamic model able to accurately predict the thermodynamic properties of pure compounds (from phase equilibrium data to energetic properties – enthalpy, heat capacity – and volume properties) and mixtures (phase equilibria in sub- and supercritical regions, critical points, energetic properties, densities…), including the most complex ones. Starting with pure compounds: relying on the knowledge collected all through the years from Van der Waals seminal work about cubic equations of state, we identified two levers to increase cubic-model accuracy. First is the selection of the optimal α function (this function is a key quantity involved in the model attractive term) the proper parameterization of which entails an accurate representation of pure-compound saturation properties such as saturation pressure, enthalpy of vaporization, saturated-liquid heat capacity. In order to safely extrapolate an α functions to the high temperature domain, we defined the mathematical constraints that it should satisfy. The second lever is the volume translation parameter, a key parameter for an accurate description of liquid densities. These studies led to the development of the tc-PR and tc-RK models, using an α function that correctly extrapolates to the high temperature domain so as a volume translation parameter, ensuring the most accurate estimations of pure-compound sub- and supercritical property from a cubic equation of state. In order to extend the tc-PR and tc-RK models to mixtures, it was necessary to develop adequate mixing rules for both equation of state parameters: the covolume and the attractive parameter. Recently proposed mixing rules combining an equation of state and an activity coefficient model have been retained. Optimal values of the mixing rules universal parameters have been identified in the framework of this thesis. A linear mixing rule for the volume translation parameter has been selected; it has been proven that this mixing rule does not change the phase equilibrium and energetic properties when switching from a translated to an untranslated model. In order to define the optimal activity coefficient model to include in the new mixing rule, a 200 binary-system database has been developed. These binary systems have been selected to be representative of the different kinds of interactions that can exist in non-electrolytic mixtures. The database includes in particular systems containing associating compounds, which are certainly among the most difficult ones to model with an equation of state. In fine, this thesis sets all the bases for the development of a cubic equation of state for mixtures. The selection of the optimal activity-coefficient model, the estimation of binary interaction parameters for the 200 binary systems from the database and their prediction are possible continuations of this work