Cette thèse décrit de nouveaux gels de carbone moins onéreux, mais aux caractéristiques équivalentes, à celles de leurs traditionnels homologues dérivés de résine résorcinol - formaldéhyde (RF) et séchés par CO2 supercritique avant pyrolyse. Pour parvenir à ce but, deux voies ont été explorées simultanément : (1) la recherche de précurseurs bon marché capables de former des gels chimiques de densité et de propriétés mécaniques convenables ; (2) la recherche de modes de séchage alternatifs, tels que la lyophilisation et le séchage à l'acétone ou à l'éthanol supercritiques. Après pyrolyse, de nouveaux cryogels et aérogels de carbone, respectivement, ont été obtenus. La moitié du travail présenté ici repose sur l'utilisation de tannins (flavonoïdes) de mimosa, des molécules bon marché d'origine naturelle. On montre que l'utilisation de tannins permet d'obtenir des carbones hautement poreux aux caractéristiques texturales bien plus diversifiées et, dans un certain nombre de cas, équivalentes à celles des homologues dérivés de RF. Ces derniers ont un coût de production cinq fois plus élevé que ceux des aérogels de carbone à base de tannins rapportés ici, qui sont donc les moins chers du marché. / This thesis describes new carbon gels that are much cheaper than their traditional counterparts derived from resorcinol - formaldehyde (RF) resin dried with supercritical CO2 before pyrolysis, but presenting similar features. Such result was obtained through two parallel routes: (1) the search for cheap precursors able to form chemical gels having suitable densities and mechanical properties; (2) the search for alternative drying methods, such as freeze-drying and supercritical drying with acetone or ethanol. After pyrolysis, new carbon cryogels and aerogels, respectively, were obtained. Half of the work presented here is thus based on the use of (flavonoid) mimosa tannins, which are cheap natural molecules. We show that tannins allow the preparation of highly porous carbons presenting much more versatile textural characteristics, but in some cases similar to those of materials derived from RF. The latter have a production cost five times higher than that of the tannin-based carbon aerogels reported here, which are definitely the cheapest of the market.

Au cours d’un incendie dans une installation nucléaire de base (INB), les filtres à très haute efficacité (THE) sont colmatés par un dépôt (ou « gâteau ») de suies (des agrégats de nanoparticules carbonées). L’effet de l’humidité, observée au niveau du gâteau de suies par la présence d’un condensat, n’est pas encore pris en compte dans les modèles de colmatage développés dans la communauté scientifique. Dans ce contexte, la présente étude vise à mieux comprendre le phénomène de sorption de l’eau sur les suies. Pour ce faire, des suies dites « analytiques » ont été produites avec différents combustibles isolés, ceci à différentes teneurs en dioxygène, et des suies « d’incendie » ont été produites à partir d’essais de feux à grande échelle, ceci à différentes ventilations et avec des combustibles réalistes (boîte à gants, câbles électriques, huile hydraulique). Les propriétés physico-chimiques de ces suies (morphologie, porosité, surface spécifique, composition chimique et élémentaire) ont été déterminées parallèlement à l’obtention des isothermes de sorption d’eau, pour des suies sous forme de pastilles et de poudres non tassées. Les paramètres obtenus avec le modèle Dubinin-Serpinski pour une première catégorie de suies hydrophobes ont permis de proposer une modélisation pertinente des isothermes caractéristiques des suies analytiques. Par ailleurs, les isothermes de sorption de l’eau sur des gâteaux de suies dites hydrophiles et essentiellement issues de combustibles et situations réelles d’incendie, ont été modélisées à l’aide de l’équation de D’Arcy et Watt (DW). Pour cette seconde catégorie de suies, les paramètres du modèle DW apparaissent relativement dispersés, comparés à ceux obtenus pour les suies analytiques. Cette relative dispersion s’explique par des propriétés très variables des suies d’incendie et notamment par la présence importante d’oxygène et d’halogènes (chlore, phosphore). Cette étude a donc permis de mettre en évidence une adsorption plus importante pour les suies d’incendie, conduisant à la condensation capillaire, cette dernière étant favorisée pour les suies sous forme de pastilles. In-fine, la composition chimique et élémentaire des suies apparaît ainsi comme le paramètre prépondérant du phénomène de sorption de l’eau sur les suies / During a fire in a nuclear plan, the high efficiency particle air (HEPA) filters are clogged by a deposit (or “cake”) of soot, the latter corresponding to carbonaceous nanoparticles aggregates. The effect of humidity, observed on the filters by the presence of condensed water, is still not considered in the clogging models developed in scientific community. In this context, the aim of this study consists on a better understanding of the water sorption on the soot. The experimental approach was first the production of “analytical” soot with different isolated fuels and at different dioxygen concentrations, and of “fire” soot at large scale with different ventilations and complex elements (glove boxes, electrical cables, hydraulic oil). The physicochemical properties (morphology, porosity, specific surface area, elemental and chemical composition) and the water sorption isotherms, for samples at compacted pellet and powder state, have been determined. The parameters from the model of Dubinin-Serpinski, obtained for a first class of hydrophobic soot, enabled to propose a relevant model, characteristic of the analytical soot. Furthermore, water sorption isotherms on soot cake, coming from realistic fires and fuels, have been modeled with the D’Arcy and Watt (DW) equation. For this second class of hydrophilic soot, the DW parameters appear relatively more dispersed. This relative dispersion is due to the different properties of the fire soot and especially to the presence of high amounts of oxygen and halogens (chlorine, phosphor). This study enabled to highlight a more significant water adsorption on fire soot, leading to the capillary condensation, which is favored for soot compacted into pellet. Soot chemical a and elemental composition appeared to be the most influencing parameter on water sorption phenomenon

Traitement et séchage de sol-gels est une pratique utilisée couramment dans l'industrie en raison du grand nombre d'applications existantes pour les produits en aval. Parmi eux, un produit spécifique capte une grande attention en raison de son élevé potentiel principalement pour l’application dans l'isolation thermique résidentielles, industrielles et même l'aérospatiale. Ce type de produit, appelé aérogel est un matériau dont la structure nanoporeuse marque une très faible densité et de conductivité thermique. La production d'aérogel peut être réalisée par diverses méthodes en fonction de la technique de séchage utilisée pour évacuer le liquide retenu dans les pores de gel: Tourner autour du point triple, franchissant la ligne d'évaporation ou contourner le point critique. L'objet de cette thèse consiste à fournir la base technologique nécessaire pour le développement d'un programme de la commercialisation industrielle des aérogels. A cet effet, la poursuite soutiendra sur la compréhension et l'identification de la présente maturité technologique, le développement et la mise à l'échelle d'un processus et de produits optimisés, et l'évaluation d'un plan d'affaires pour la production commerciale d'aérogels. L'environnement dans lequel s’effectue cette thèse se compose de deux domaines différents. Une consisté dans la conception, construction et opération des équipements spécifiques au sein de SEPAREX, et l'autre était dirigé dans la participation et la gestion de quatre projets européens du 7ème framework program: AEROCOINs, AerSUS, HIPIN et RESEEPE. Tous engagée dans la recherche et le développement de divers matériaux à base d’aérogels pour des applications dans l'isolation et la rénovation des bâtiments et dans l'isolation des vaisseaux spatiaux et des satellites. SEPAREX a participé en tant qu'expert dans le procédé de séchage de ces matériaux et aussi comme expert dans la conception et la mise à l'échelle d'équipements pour le processus concerné / Processing and drying of sol-gels is a widely practice used in industry due to the large number of existing applications for the downstream products. Among them, a specific product captures a great attention due to its high potential mainly for thermal insulation as residential, industrial and even aerospace applications. This product type, called aerogel, is a nanoporous material whose structure having extremely low density and thermal conductivity. Aerogel production can be carried out by various methods depending on the drying technique used to evacuate the liquid retained within the gel pores: Turning around the triple point, crossing the evaporation line or turning around the critical point. The purpose of the present thesis is to provide the technological basis required for the development of a program for the industrial commercialization of aerogels. For this purpose, the survey shall cover the understanding and identification of the present technology maturity, the development and scaling of an optimized process and products, and evaluation of a commercial business plan for the production of aerogels. The environment in which takes place this thesis is comprised in two different areas. One consisted in designing, construction and operation of a specific equipment within SEPAREX, and the other one was led in participation and management of four European projects of the 7th framework program: AEROCOINs, AerSUS, HIPIN and RESEEPE. All of them engaged in the research and development of diverse aerogels-based materials for applications in insulation and retrofitting of buildings and insulation of spacecraft and satellites. SEPAREX participated as expert in the drying process of such materials and also as expert in the design and scale-up of equipment for the process therefore

Le giclage de la bière est un phénomène de surmoussage qui a lieu lors de l’ouverture de la bouteille. Ce phénomène va être dépendant des conditions de développement du grain d’orge, la matière première de la bière, et notamment des conditions climatiques. Ces dernières années, le phénomène est observé de manière plus fréquente, et les techniques actuelles, comme la méthode Carlsberg, ne prédisent qu’un risque potentiel de giclage de la matière première avec une importante incertitude. Un test de criblage rapide de la matière première permettant l’identification de facteurs responsables du giclage est donc primordiale pour détecter précocement le risque de ce phénomène. Néanmoins, un manque d’informations et de recul sur les composés impliqués dans le giclage limite le développement de méthodes de prédiction rapide du risque. L’objectif principal de cette étude est d’identifier un ou des composés pouvant être à l’origine du phénomène de giclage de la bière. L’étude a été réalisée sur différents malts industriels présentant un risque giclage ou non et des orges artificiellement contaminées par des moisissures. Les extraits de malt obtenus sont des mélanges éminemment complexes. Ils ont été fractionnés par des procédés appropriés selon les propriétés de leurs constituants : par la taille, les propriétés moussantes et l’hydrophobie. Une réduction de la complexité de l’extrait a été nécessaire et obtenue par des techniques de séparation membranaire. Néanmoins, les macromolécules tels les glucides, les protéines et les polyphénols n’ont pas pu être isolés par ce procédé. La séparation par chromatographie de phase inverse a permis d’obtenir de bonnes informations sur la diversité des protéines présentes dans l’extrait mais l’analyse du potentiel giclage en aval reste limitée. Pour simuler des conditions réelles « comme au champ », une contamination artificielle de l’orge suivie d’une extraction en surface ont été réalisées. Le potentiel giclage des molécules issues de cette extraction a ensuite été analysé. Une purification de phase inverse a permis d’isoler une fraction concentrant les propriétés giclantes. Cette fraction contient des protéines très hydrophobes qui semblent être impliquées dans le giclage. L’identification des protéines après séparation en gel bidimensionnel a montré que ces protéines proviennent de la moisissure. Une protéine avec des propriétés proches des hydrophobines (hydrophobie et taille comparables) appelée Epl 1 a été identifiée et pourrait être un bon candidat responsable du giclage de la bière. En conclusion, la méthodologie développée dans la thèse a permis d’acquérir une meilleure connaissance des composés produits par les moisissures en surface d’orge et est applicable à d’autres orges contaminées ainsi qu’à du malt industriel / Beer gushing is an explosive over-generation of foam following the opening of a bottle. It is highly dependent on barley growing and harvesting climatic conditions and has been observed more frequently over the past years. Current technics, such as the modified Carlsberg test, only provide informations on a predictive gushing potential of malt with a large uncertainty. A rapid screening test on raw material leading to the identification of actual factor(s) responsible for the gushing is consequently highly required by the brewing industry. But a lack of informations about the compounds involved in gushing limits the development of such a technic. The initial goal of this study was to identify the compounds involved in beer gushing. This approach has been applied to industrial malts presenting gushing potential or not and artificially contaminated barleys in order to set a procedure to isolate compounds which may trigger gushing. In a first time, malt extracts, which are complex mixtures, have been produced and fractionated according to the properties of compounds such as their size, their foaming capacity or hydrophobicity. A good reduction of complexity of sample has been obtained after membrane filtration. Nevertheless, compounds like carbohydrates, proteins and polyphenols could not have been separated. Besides, separation by hydrophobicity has provided good information about the diversity of proteins but the analysis of their gushing potential remains difficult. Afterwards, in order to investigate the production of compounds by fungus at the surface of barley simulating real field crop production conditions, an artificial contamination was achieved and surface extraction with ultrapure water has been performed. Extracted molecules have been screened for their gushing activity. Thus, a purification of molecules by reverse phase chromatography allowed to isolate a gushing fraction from the surface extract. This fraction, which concentrates the gushing properties, is composed by proteins with high hydrophobicity which may be involved in gushing. This fraction was analyzed more in depth with a 2DE, and led to the identification of proteins all produced by fungus family. Among them, a protein called Epl1 appears to be of interest and could be a good candidate thanks its properties closed to hydrophobins (size and hydrophobicity). In conclusion, this methodology is developed to acquire a better knowledge about compounds produced by fungi at the surface of barley as well as to some industrial malt

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

Les pansements dits " hydrocolloïdes " sont très couramment utilisés dans le traitement des plaies à forte exsudation. Ils permettent de réguler l'hygrométrie au sein d'une plaie tout en évitant une accumulation d'eau susceptible d'entrainer la prolifération de bactéries entre le pansement et la peau. Deux propriétés antagonistes apparaissent alors nécessaires : une fonction d'adhésion pour assurer le maintien du pansement sur la peau, et de fortes propriétés d'absorption et de perméabilité à l'eau pour réguler l'humidité et favoriser la cicatrisation de la plaie. Pour satisfaire ces deux fonctions, des systèmes hétérogènes sont utilisés : l’adhésion est apportée par une matrice adhésive hydrophobe, composée d’un élastomère modifié par un plastifiant et des résines tackifiantes, la régulation de l’humidité est assurée par de fines particules hydrophiles sèches de carboxymethylcellulose (CMC), dispersées dans la matrice adhésive. Un enjeu majeur de ces pansements est le maintien de l’adhésion cutanée dans le temps. Or une perte de l’adhésion est souvent observée après un long contact avec l’eau. Ces travaux de thèse visent à mieux comprendre l’origine de cette perte d’adhésion, à travers l’étude des propriétés mécaniques de la matrice hydrophobe, de ses interactions avec les particules hydrophiles et des mécanismes de transport d’eau. La substitution de la CMC par des particules d’hydrogels synthétisés au laboratoire a permis l’étude plus systématique de l’effet des propriétés physico-chimiques de la phase hydrophile sur l’absorption, la perméabilité et l’adhésion des pansements hydrocolloïdes ainsi mis en œuvre. / Hydrocolloid wound dressings are commonly used for the care of highly exuding wounds. They allow to control the wound moisture, while avoiding the water accumulation which could lead to bacterial proliferation between the dressing and the skin. Two antagonist properties appear to be required: an adhesive function to maintain the dressing on the skin, and high water absorption and permeability to control the humidity level and promote healing. To achieve both properties, heterogeneous systems are used : the adhesion is ensured by an hydrophobic adhesive matrix, made of an elastomer modified by plasticizers and tackifying resins, the regulation of the humidity relies on fine dry hydrophilic particles, made of carboxymethylcellulose (CMC), dispersed within the matrix. A major issue of these wound dressings is to maintain a long term skin adhesion. However a loss of adhesion is often observed after a long contact with water. This PhD work aims at a better understanding the origin of this loss of adhesion through the study of the hydrophobic matrix mechanical properties, its interactions with the hydrophilic particles and water transport. Replacing the CMC by tailor-made hydrogel particles allowed to a systematic study of the impact of the physico-chemical properties of the hydrophilic phase on the absorption, the permeability and the adhesion of the hydrocolloid-based adhesives.

L'enjeu principal de cette thèse est de comprendre et prédire les propriétés structurales et rhéologiques de suspensions colloïdales en tenant compte d'éléments complexes tels que (1) les interactions hydrodynamiques (IHs) et/ou (2) des forces extérieures. Nous employons dans cette thèse deux des techniques numériques les plus rapides de la littérature: la dynamique brownienne standard (BD), pour les systèmes où les IHs peuvent être ignorées; et la technique hybride "stochastic rotation dynamics - molecular dynamics" (SRD-MD), pour les systèmes où les IHs doivent être incorporées.Trois systèmes colloïdaux différents ont été étudiés. Le premier est un système de sphères dures soumis à un cisaillement, où le but a été de vérifier que l'introduction des IHs dans la SRD-MD peut correctement reproduire la relation entre la viscosité et la fraction volumique. Les résultats de viscosité sont en accord avec les résultats connus, qu'ils soient analytiques, numériques et expérimentaux. Le second système consiste en une suspension d'alumine, pour laquelle les interactions sont décrites par la théorie DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek). Les simulations montrent que le seuil de percolation (phi_c) diminue lorsque la profondeur du puits de potentiel augmente. De plus, nous observons que la prise en compte des IHs tend à former des structures plus allongées également, par rapport aux structures obtenues sans les IHs. Les valeurs de phi_c obtenues dans les simulations sont en bon accord avec celles estimées par le modèle de la contrainte seuil (YODEL) établi par Flatt et Bowen. Le troisième système comporte deux types de colloïdes qui interagissent par un potentiel de Yukawa. Ce système binaire est soumis à l'influence d'un mur attractif. Nous montrons que la présence d'un mur attractif peut altérer la structure cristalline des agrégats à la surface telle qu'une structure de type CsCl qui se forme au lieu de la structure métastable de type NaCl. Finalement, nous avons réalisé une étude préliminaire par SRD-MD de suspensions soumises à un cisaillement oscillant. Nous montrons que lorsque la suspension est soumise au cisaillement oscillant en même temps que l'agrégation se produit, des structures plus compactes se forment. / The main objective of this thesis is to predict and understand the structural and rheological properties of colloidal suspensions when (1) hydrodynamic interactions (HIs) and/or (2) external forces are present. We employ two of the fastest techniques in literature: Brownian dynamics (BD), for systems without HIs; and the hybrid "stochastic rotation dynamics - molecular dynamics" (SRD-MD) for systems with HIs. Three different systems were studied. The first is a system of hard spheres subjected to shear, where the goal was to ensure that SRD-MD can correctly reproduce the viscosity vs. volume fraction relationship. The results are consistent with known analytical, numerical and experimental data. The second system is an alumina suspension described by the DLVO theory (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek). The simulations show that the percolation threshold (phi_c) decreases as the depth of the potential well increases. Moreover, we note that HIs tend to form more elongated structures compared to the systems without HIs. The phi_c values ​​obtained are in good agreement with those estimated by Flatt and Bowen's yield stress model (YODEL). The third system consists of binary colloids that interact by Yukawa potential and subjected to the influence of an attractive wall. We show that the presence of an attractive wall may alter the crystalline structures such that CsCl crystals are formed instead of the metastable NaCl crystals. Finally, we conducted a preliminary study of suspensions under an oscillating shear. We show that when the aggregation process suspension coincides with the oscillatory motion, more compact structures are formed.

Au cours de la vie d'une installation dans laquelle est utilisée de la matière radioactive, des étapes de maintenance, ou bien à terme de démantèlement, sont nécessaires afin d'assurer une protection convenable des travailleurs et de l'environnement. Parmi les procédés existants, des gels de décontamination ont été développés au CEA afin de pallier aux inconvénients des méthodes classiquement utilisées. Ces gels colloïdaux, formulés à l'origine de façon plutôt empirique, ont une structure qu'il convient de connaitre, celle-ci étant la clef de voute du comportement rhéologique du matériau. La façon dont ils s'écoulent est en effet un paramètre important du procédé, et les mesures en laboratoire qui sont effectuées sur ces systèmes permettent d'en améliorer l'implémentation. En outre, de nombreux raffinements du procédé, par le biais notamment d'additifs, en étendent le champ d'utilisation, et l'efficacité / During the exploitation of a nuclear plant, or all other installation which uses radioactive materials, maintenance tasks or decommissioning operations are mandatory in order to preserve people health and environment. Among existing processes, decontaminating gels have been development by CEA in order to overcome the drawbacks of the traditionally used methods. These colloidal gels were originally formulated in an empirical way; however, the knowledge of their structures is important as it rules all the rheological behaviors of the material. The way these gels flow is an important parameter to the process and our laboratory measurements can be transposed to the industrial world. Moreover, other composition refinements have been developed in order to extend their field of use and efficiency

Les protéines et les polysaccharides constituent avec les lipides les principaux ingrédients de l’alimentation et lui confèrent à la fois ses propriétés de nutrition et de texture. Une tendance actuelle de l’industrie agroalimentaire est d’élaborer des aliments plus sains c'est-à-dire moins gras et moins salés. A ce titre, les polysaccharides sont des agents detexturation efficaces lorsqu’ils sont utilisés seuls ou en combinaison avec des protéines. Le développement de nouveaux produits alimentaires nécessite donc de rationaliser et mieux comprendre les propriétés physico-chimiques des solutions et des gels mixtes à base de protéines et de polysaccharides. Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié des mélanges de protéines globulaires (la β-lactoglobuline: β-lac) et de polysaccharide (le κ-carraghénane: κ-carr). Ce dernier provient d’algues et, en solution, il conduit à des gels au dessous d’une température critique qui dépend de la nature du sel ajouté. Le κ-carr est un additif important dans l’industrie alimentaire et plus particulièrement comme texturants des produits laitiers. Il est donc essentiel de comprendre les interactions qu’il développe avec les protéines du lait comme la β-lac.L’objectif de ce travail est d’étudier la structure et les propriétés mécaniques d’agrégats ou de gels de β-lac mélangés avec du κ-carr et d’étudier leur influence sur la gélification de ce dernier. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la sensibilité des mélanges aux ions calcium. Des agrégats protéiques ont été formés soit indépendamment puis mélangés au κ-carr soit directement in situ en dénaturant thermiquement des mélanges κ-carr/β-lac native. Les deuxméthodes de préparation ont été comparées pour des compositions constantes des mélanges. La diffusion de la lumière, la rhéologie et la microscopie laser confocale ont été mises en oeuvre pour étudier la texture des mélanges.La taille et la morphologie des agrégats protéiques dépendent fortement de la concentration en ions calcium ajoutés qui se lient spécifiquement aux protéines. Nous avons montré que les très grands agrégats protéiques formés en présence de calcium conduisent à une microséparation de phase quand ils sont mélangés avec du κ-carr même à très faible concentration. Ainsi, la structure des systèmes mixtes est très sensible à la quantité de calcium en présence. Lesagrégats protéiques renforcent les gels de κ-carr formés en présence de potassium tout comme l’ajout de calcium. Ce renforcement dans le cas des agrégats protéiques est dû au transfert des ions calcium de la β-lac vers le κ-carr. De plus, nous avons montré que la gélification du β-carr induite par des ions potassium continuait à avoir lieu en refroidissantdes mélanges κ-carr/β-lac où cette dernière est dénaturée in situ. Cela conduit à des réseaux interpénétrés qui sont plus forts mécaniquement que la somme des deux réseaux pris individuellement. En conclusion, nous avons montré que la compétition entre la β-lac et le κ-carr pour les ions calcium était le paramètre de contrôle des propriétés texturales desgels mixtes. / Protein and polysaccharide are together with lipids the main ingredients of food and procure both nutrition and texture. A recent tendency in the food industry is to develop more healthy products that contain less fat and salt. The addition of polysaccharides is recognized as a good way to control the texture of food products. The texture of many food products is determined by gelation of either the proteins or the polysaccharides, or both. When both are present, gelation of the protein or the polysaccharide will be influenced by the presence of the other type. Understanding of the physical chemical properties of aqueous solutions and gels containing protein and polysaccharides by themselves and in mixtures is needed for a rational development of novel food products. This thesis describes an investigation of mixtures of the globular protein β-lactoglobulin (β-lg) and the polysaccharide κ-carrageenan (κ-car). κ-car is a polysaccharide isolated from algae that is often used as an additive in food industry. In solution it forms a gel below a critical temperature that depends on the amount and the type of salt. Addition of κ-car can improve the smoothness, creaminess, and body of food products and is often usedmodify the texture of dairy products. Therefore it is important to understand the interaction of κ-car with milk proteins such as β-lg, which is the main protein component of whey. The objective of the present investigation was to study the structure andthe mechanical properties of β-lg aggregates or gels when mixed with κ-car and to study the influence of the former on the gelation of κ-car. The focus was on the sensitivity of the system to calcium ions Protein particles were either formed separately and subsequently mixed with κ-car or formed directly in mixtures of κ-car and native β-lg by heating. The two different methods of preparation were compared with the same composition of polymers. The research presented in this thesis is essentially experimental using scattering techniques and confocal laser scanning microscopy to study the structure and shear rheology to study the dynamic mechanical properties.The size and morphology of protein aggregates formed by heating β-lg is strongly dependent on the concentration of Ca2+ that binds specifically to the proteins. It is shown that larger aggregates formed in the presence of Ca2+ micro-phase separate already at low κ-car concentrations. Therefore the structure of mixed systems is extremely sensitive to the amount of Ca2+ present in the system. The presence of protein aggregates was found to reinforce potassium induced κ-car gels, but it was also found that addition of CaCl2 strengthens potassium induced pure κ-car gels. We show that the reinforcement by addition of protein aggregates is caused by the transfer of a fraction of Ca2+ from β-lg to κ-car. It was shown that potassium induced gelation of κ-car also occurs during cooling heat-set β-lg gels formed in mixtures at higher protein concentrations leading to interpenetrated networks that are stronger than the sum of the individual networks. Themain conclusion of the investigation reported here is that the competition of κ-car and β-lg for calcium ions determines both the structure and the mechanical properties of the mixed systems.

Turbidity currents are one of the primary means of transport of sediment in the ocean. They are fast-moving, destructive fluid flows which are able to entrain sediment from the seabed and accelerate downslope in a process known as `ignition'. In this thesis, we investigate one particular model for turbidity currents; the `Parker model' of Parker, Pantin and Fukushima (1986), which models the current as a continuous sediment stream and consists of four equations for the depth, velocity, sediment concentration and turbulent kinetic energy of the flow. We propose two reduced forms of the model; a one-equation velocity model and a two-equation shallow-water model. Both these models give an insight into the dynamics of a turbidity current propagating downstream and we find the slope profile to be particularly influential. Regions of supercritical and subcritical flow are identified and the model is solved through a combination of asymptotic approximations and numerical solutions. We next consider the dynamics of the four-equation model, which provides a particular focus on Parker's turbulent kinetic energy equation. This equation is found to fail catastrophically and predict complex-valued solutions when the sediment-induced stratification of the current becomes large. We propose a new `transition' model for turbulent kinetic energy which features a switch from an erosional, turbulent regime to a depositional, stably stratified regime. Finally, the transition model is solved for a series of case studies and a numerical parameter study is conducted in an attempt to answer the question `when does a turbidity current become extinct?'.