Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η σύνθεση και η μελέτη υβριδικών υλικών, τα οποία αποτελούνται από νανοσωματίδια εγκλωβισμένα σε οργανικές και ανόργανες μήτρες. Τα υλικά που συντέθηκαν μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες. Η πρώτη περιλαμβάνει μεταλλικά νανοσωματίδια Au και Ag εγκλωβισμένα σε πολυμερικές μήτρες, ενώ η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει νανοσωματίδια Au, Ag και NiCl2 σε ανόργανες μήτρες. Η εργασία επικεντρώθηκε στην σύνθεση και την φασματοσκοπική μελέτη των υλικών χρησιμοποιώντας όλες τις διαθέσιμες τεχνικές δομικού χαρακτηρισμού των υλικών. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων και της χημειο-οπτικής ενεργότητας των υλικών. Επίσης, μελετήθηκε η βιοσυμβατότητα των υλικών στις περιπτώσεις που αυτό ήταν δυνατό. Αναλυτικότερα, στο μεγαλύτερο κομμάτι της εργασίας αυτής περιγράφεται η in situ σύνθεση μεταλλικών νανοσωματιδίων Au και Ag στον πυρήνα και στην κορώνα δισυσταδικών συμπολυμερών καθώς και τυχαίων συμπολυμερών. Το πρωτόκολλο που ακολουθήθηκε περιλαμβάνει τα παρακάτω βήματα: αρχικά για την διαλυτοποίηση του αμφίφιλου συμπολυμερούς επιλέγεται εκλεκτικός διαλύτης ως προς την μία συστάδα του, ώστε να σχηματιστούν μικκήλια αποτελούμενα από ένα συμπαγή πυρήνα και μια διαλυτή κορώνα. Στην συνέχεια, προστίθεται το άλας του μετάλλου στο διάλυμα του συμπολυμερούς με αποτέλεσμα είτε την εισροή του στον πυρήνα, είτε την συναρμογή του μεταλλικού ιόντος με την κορώνα ανάλογα με την χημική συνάφεια που φέρει η κάθε συστάδα ως προς το μέταλλο. Τέλος, ακολουθεί η αναγωγή του μεταλλικών ιόντων σε μεταλλικά νανοσωματίδια είτε προσθέτοντας κάποιο αναγωγικό μέσο, είτε από το ίδιο το συμπολυμερές που περιβάλλει τα μεταλλικά ιόντα. Η δεύτερη κατηγορία υλικών αφορά στην σύνθεση νανοσωματιδίων Au, Ag και NiCl2 σε ανόργανες μήτρες. Σε αυτή την περίπτωση επιλέχθηκαν πρόδρομες ενώσεις SiO2 και TiO2, οι οποίες αναμίχθηκαν με το άλας των μετάλλων ακολουθώντας την μέθοδο sol-gel ώστε να σχηματιστούν νανοσωματίδια. Μελετήθηκε η επίδραση των πειραματικών παραμέτρων, όπως η θέρμανση και η γήρανση, στο μέγεθος και τον βαθμό συσσωμάτωσης των μεταλλικών νανοσωματιδίων καθώς επίσης και στο πορώδες του τελικού υλικού. Από τα διαλύματα που προέκυψαν, σχηματίστηκαν λεπτά υμένια με την μέθοδο του spin-coating, τα οποία στην συνέχεια θερμάνθηκαν σε υψηλές θερμοκρασίες ώστε να απομακρυνθούν οι οργανικές ομάδες και να σταθεροποιηθεί το τελικό υλικό. Μέρος των υβριδικών υλικών που συντέθηκαν μελετήθηκαν ως προς την μη-γραμμική τους απόκριση χρησιμοποιώντας τις τεχνικές OKE και Z-scan. Όπως προέκυψε από τις μετρήσεις τα υλικά αυτά παρουσιάζουν μη-γραμμικότητα, η οποία εξαρτάται άμεσα τόσο από την αναλογία μετάλλου ως προς το συμπολυμερές αλλά και από την σύσταση του ίδιου του συμπολυμερούς. Τα νανοσύνθετα υλικά που συντέθηκαν αξιολογήθηκαν επίσης ως ενεργά υλικά σε πιθανούς φωτονικούς αισθητήρες. Παρατηρήθηκε ότι παρουσία ατμών μεθανόλης και αμμωνίας, συνέβαιναν μορφολογικές αλλαγές στην επιφάνεια των υλικών. Οι αλλαγές αυτές, ο οποίες καταγράφονται ως μεταβολές της διαδιδόμενης δέσμης σε σχέση με την δέσμη αναφοράς, είναι αντιστρεπτές. Τέλος, στις περιπτώσεις που τα υβριδικά υλικά που συντέθηκαν παρουσίαζαν βιοσυμβατότητα, ελέγχθηκε η ικανότητα συναρμογή τους με μόρια πρωτεϊνών και DNA και διερευνήθηκε η πιθανή εφαρμογή τους σε συστήματα βιολογικών παραγόντων. / In the present study the synthesis of hybrid materials consisting of metal nanoparticles incorporated into organic and inorganic matrices is presented. The synthesized materials can be divided into two categories; the first one consists of Au and Ag nanoparticles incorporated into polymeric matrices, while the second one consists of Au, Ag and NiCl2 nanoparticles incorporated into inorganic matrices. The thesis was focused on the synthesis and the spectroscopic study of these materials. Meanwhile, the optical and photonic properties of these materials were exploited. Moreover, the biological applications of the synthesized hybrid materials were investigated. In more detail, the larger part of this work focuses on the in situ synthesis of Au and Ag nanoparticles either inside the core or on the corona of di- and triblock copolymers and random copolymers. More specifically, the synthesis protocol requires three steps. First, the proper solvent must be chosen, which should be selective for one of the blocks of the amphiphilic copolymer, in order for micelles to be formed, consisting of a dense core and a solubilized corona. Then the metal precursor is added, which is preferentially dissolved into the core or is coordinated on the periphery of the corona block, depending on the chemical affinity that each block displays toward the metal compound. Finally, the metal ions are reduced in metal nanoparticles either by the addition of a reducing agent or by the coordinating block of the copolymer. The second category of the materials involves the synthesis of Au, Ag and NiCl2 nanoparticles inside inorganic matrices such as SiO2 and TiO2. Solutions containing SiO2 and TiO2 precursors were mixed with metal salts and the standard sol-gel methods were followed for the in situ synthesis of the hybrid materials. Thermal treatment and ageing were the two main parameters that influenced the size and the degree of aggregation of the metal nanoparticles, as well as the porosity of the final material. The non-linear optical properties of the synthesized hybrid materials were studied using the OKE and Z-scan techniques. All the materials studied displayed nonlinear refraction which was proportional to the ratio between the metal nanoparticles and the polymer. The composition of the block copolymer itself played also an important role. The hybrid nano materials were also evaluated as active components in potential photonic sensors. In the presence of methanol and ammonia, morphological changes on the surface of the materials were noticed. These changes were recorded as a signal modulation in respect to the reference signal. Finally, some of the synthesized hybrid materials displayed biocompatibility and their ability to coordinate with proteins and DNA molecules was examined, toward their utilization in bioanalytical devices.

Les finitions poudres, utilisées avec succès dans l'industrie du métal, représentent aujourd'hui une alternative aux systèmes utilisés actuellement pour les substrats en bois. Cette technologie permet tout d'abord de répondre aux besoins des industriels de l'ameublement et de la menuiserie car elle est en parfait accord avec la Directive Européenne 1999/13/CEE sur la réduction des émissions des COV. De plus, l'arrivée sur le marché de formulations thermodurcissables à basse température et à polymérisation sous UV a permis d'appliquer cette technologie à des substrats thermosensibles tels que le bois et ses matériaux dérivés. Actuellement, la finition poudre donne de très bons résultats en termes de qualité sur le panneau de fibres (MDF). D'autres résultats prometteurs ont aussi été obtenus sur du contreplaqué ou du bois massif de hêtre. Etudier de près l'ensemble des facteurs influençant le procédé, en particulier la nature du support bois et sa préparation, les paramètres de poudrage et de cuisson sont les objectifs principaux l'optimisation de ce procédé à l'échelle industrielle. Par ailleurs, les interactions substrat-finition poudre, outre les caractéristiques chimiques des résines, semblent définir la qualité finale du système et sa durabilité vis-à-vis du vieillissement. Un axe supplémentaire de l'étude est de vérifier l'éventuelle fonctionnalisation des finitions poudres pour leur donner des rôles particuliers, comme par exemple l'apport d'une propriété antibactérienne ou l'adsorption de COV environnants / Powder coatings, successfully used in the metal industry, represent today an alternative to the systems currently used for wooden substrates. This technology allows first to respond to the needs of manufacturers of furniture and carpentry as it is in perfect agreement with the European Directive 1999/13/EEC on the reduction of VOC emissions. In addition, the arrival on the market of thermosetting formulations at low temperature or UV polymerization allows to apply this technology to heat-sensitive substrates such as wood and derivates. Currently, powder coating gives very good results in terms of quality on the fiberboard (MDF). Other promising results have also been obtained on plywood or solid beech. Study the factors influencing the process, in particular the nature of the substrate and its preparation, powdering and baking settings are the main objectives to optimize this process on an industrial scale. Furthermore, interactions substrate-powder coating, in addition to the chemical characteristics of resins, seem to define the final quality of the system and its durability against aging. An additional axis of the study is to verify the possible functionalization of powder coatings provide particular roles, such as for example the provision of an antibacterial property or the adsorption of surrounding VOC

Les explosions de mélanges de gaz inflammables/solides combustibles ne sont pas bien comprises en raison de la complexité des transferts thermiques, des mécanismes de cinétiques et des interactions entre la turbulence /combustion. L'objectif principal de ce travail est d'étudier la sévérité des explosions des nanoparticules de carbone noir/méthane afin de comprendre l'influence de l'insertion des nanoparticules sur les explosions de gaz. Des tests ont été effectués sur ces mélanges dans un tube de propagation de la flamme et dans une sphère d'explosion standard de 20 L. L'influence de la turbulence initiale et de la taille de particule élémentaire du noir de carbone a également été étudiée. Il semble que l'insertion de nanoparticules de noir de carbone augmente d'environ 10% la sévérité de l’explosion pour les mélanges pauvres en méthane. Par conséquent, il semble que les nanoparticules ont un impact sur la sévérité de l'explosion même pour les systèmes à basse turbulence, contrairement aux systèmes impliquant des poudres de taille micrométrique qui nécessitent une dispersion à des niveaux élevés de turbulence. L'augmentation de la vitesse maximale de montée en pression est plus élevée pour des poudres avec un petit diamètre de particule, notamment en raison des phénomènes de fragmentation. En outre, un modèle numérique de propagation de front de flamme associé à un mélange gaz/noir de carbone a été développé pour examiner l'influence du noir de carbone sur la propagation de la flamme. Les résultats du modèle numérique suggèrent que la contribution de la chaleur radiative favorise l'accélération de la flamme. Ces résultats sont en accord avec les résultats expérimentaux de sévérité de l'explosion pour certains mélanges hybrides / Flammable gas/solid hybrid mixture explosions are not well understood because of the interaction of the thermal transfer process, the combustion kinetics mechanisms and the interactions between turbulence and combustion. The main objective on this work is to study the explosion severity and flame burning velocities of carbon black nanoparticles/methane to better understand the influence of added nanopowders in gas explosions. Tests have been performed in a flame propagation tube and in the standard 20 L explosion sphere. The influence of carbon black particles on the explosions severity and in the front flame propagation has been appreciated by comparing the results obtained for pure gas mixtures. It appeared that the carbon black nanoparticles insertion increases around 10% the explosion severity for lean methane mixtures. Therefore, it seems that nanoparticles has an impact on the severity of the explosion even for quiescent systems, contrary to systems involving micro-sized powders that requires a dispersion at high turbulence levels. The increment on the maximum rate of pressure rise is higher for powders with lower elementary particle diameter, which is notably due to the fragmentation phenomena. A flame propagation numerical model associated to a gas/carbon black mixture has been developed to examine the influence of carbon blacks on the flame propagation. The results of the numerical model suggest that the radiative heat contribution promotes the flame acceleration. This result is consistent with the experimental increase on the explosion severity for some hybrid mixtures

This dissertation describes efforts to evaluate a recently proposed continuum model for the dense flow of dry granular materials (Jop, Forterre & Pouliquen, 2006, Nature, 441, 167-192). The model, based upon a generalisation of Coulomb sliding friction, is known to perform well when modelling certain simple free surface flows. We extend the application of this model to a wide range of flow configurations, beginning with six simple flows studied in detailed experiments (GDR MiDi, 2004, Eur. Phys. J. E, 14, 341-366). Two-dimensional shearing flows and problems of linear stability are also addressed. These examples are used to underpin a thorough discussion of the strengths and weaknesses of the model. In order to calculate the behaviour of granular material in more complicated configurations, it is necessary to undertake a numerical solution. We discuss several computational techniques appropriate to the model, with careful attention paid to the evolution of any shear-free regions that may arise. In addition, we develop a numerical scheme, based upon a marker-and-cell method, that is capable of modelling two-dimensional granular flow with a moving free surface. A detailed discussion of our unsuccessful attempt to construct a scheme based upon Lagrangian finite elements is presented in an appendix. We apply the marker-and-cell code to the key problem of granular slumping (Balmforth & Kerswell, 2005, J. Fluid Mech., 538, 399-428), which has hitherto resisted explanation by modelling approaches based on various reduced (shallow water) models. With our numerical scheme, we are able to lift the assumptions required for other models, and make predictions in good qualitative agreement with the experimental data. An additional chapter describes the largely unrelated problem of contact between two objects separated by a viscous fluid. Although classical lubrication theory suggests that two locally smooth objects converging under gravity will make contact only after infinite time, we discuss several physical effects that may promote contact in finite time. Detailed calculations are presented to illustrate how the presence of a sharp asperity can modify the approach to contact.

La sensibilité et la sévérité d'explosion des différents mélanges gaz/vapeur-poussière ont été étudiées grâce à des dispositifs standards (sphère de 20 L, tube de Hartmann). Les spécificités des explosions de mélanges hybrides gaz/poussière ont été mises en évidence. En fait, même pour des concentrations de gaz inférieures à la limite inférieure d'explosivité (LIE), la probabilité d'inflammation et la gravité d'explosion peuvent être considérablement augmentées, ce qui permettra notamment de conduire à de grands changements dans la détermination des zones ATEX. Il a été, par exemple, démontré que ces mélanges peuvent être explosifs même lorsque la concentration en poudre et la concentration en vapeur sont respectivement en dessous de la concentration minimale explosive et de la LIE. En outre, des effets de synergie ont été observés et la vitesse de montée en pression de mélanges hybrides peut être supérieure à celles des gaz purs. Les origines de ces spécificités ne doivent pas être recherchées dans la modification d'un paramètre unique, mais peuvent probablement être attribuées aux effets combinés sur l'hydrodynamique (propagation de la flamme), le transfert thermique et la cinétique de combustion. Des expériences ont été menées afin de souligner l'importance de chaque contribution. Basé sur des schémas cinétiques classiques à coeur rétrécissant prenant en compte des diverses contraintes lors d'une réaction non-catalytique de gaz/solide et sur des modèles de combustion homogène pour les gaz, un modèle a été développé pour représenter l'évolution temporelle de la pression d'explosion pour ces mélanges / The explosion sensitivity and severity of various gas/vapor-dust mixtures have been studied thanks to specifically modified apparatuses based on a 20 L sphere and a Hartmann tube. The specificities of gas/dust hybrid mixtures explosions have been highlighted. In fact, even for gas concentrations lower than the lower explosivity limit (LEL), the ignition probability and the explosion severity can be greatly increased, which will notably lead to great changes in the Ex zones determination. For instance, it has been shown that such mixtures can be explosive when both the dust and gas concentrations are below their respective minimum explosive concentration and LEL. Moreover, synergistic effects have been observed and the rate of pressure rise of hybrid mixtures can be greater than those of the pure gases themselves. The origins of these specificities should not be sought in the modification of a single parameter, but could probably be attributed to combined impacts on hydrodynamics (flame propagation), thermal transfer and combustion kinetics. Experiments have been carried out in order to underline the significance of each contribution. Based on classical shrinking core models taking into account the various limitations during a non-catalytic gas/solid reaction and on homogeneous combustion for gases, a model has been developed to represent the time evolution of the explosion pressure for such mixtures

Ce travail porte sur l'étude de liens entre les propriétés mécaniques de comprimés modèles composés de billes de verre et les caractéristiques physico-chimiques des liants, constitués de sucres et préparés sous forme de sirops. Le procédé de fabrication consiste en une méthode modifiée de compression humide. Deux paramètres de formulation ont été testés : le taux de saturation en sirop et sa concentration massique. Nous en avons tiré une variable unique qui est la fraction massique de sucre ajoutée aux billes de verre. Ces paramètres se sont avérés essentiels dans la maîtrise de la tenue mécanique des comprimés. Il en est de même pour leurs conditions de stockage. Une corrélation linéaire a été établie entre une activité de l'eau, définie comme critique, du fructose, du galactose, du glucose, du lactose et du saccharose et l'apparition du phénomène de transition vitreuse pour chacun de ces sucres, engendrant une chute brutale dans la résistance mécanique de leurs comprimés respectifs. Le taux de cristallisation des sucres et l'absence d'anomérie sont aussi des paramètres qui semblent être à l'origine d'une meilleure tenue mécanique des comprimés / This work focuses on the study of relationships between the mechanical properties of model compacts composed by glass beads and the physicochemical characteristics of binders consisting of sugars and prepared in the form of syrups. Fructose, galactose, glucose, lactose and sucrose were used in this study. The manufacturing process consists in a modified wet compression method. Two formulation parameters were tested: the saturation ratio and the mass concentration of the syrup. We deduced from them a single variable which is the mass fraction of sugar added to the glass beads. These parameters were essential in controlling the mechanical strength of the compacts. It has been shown that storage conditions also influence tablets properties. A linear correlation was established between a specific water activity value, defined as critical, and the glass transition temperature for each of sugars, resulting in a collapse in mechanical strength of the compacts. The rate of crystallization of sugar and the absence of anomeric forms are also parameters that seem to be targeted in order to increase compacts mechanical strength

Hollow low density microspheres were prepared by adsorbing kaolin nanoparticles onto a polystyrene (PS) template. A cationic polyelectrolyte, poly(diallydimethylammonium chloride), was initially adsorbed on the PS to render the surface cationic enabling the kaolin nanoparticles to form a shell structure due to electrostatic attraction forces. An increase in ionic strength by the addition of 0.1 M NaCl increased the amount of polyelectrolyte adsorbed at the PS surface. Solvent relaxation NMR experiments indicated that solvent molecules were bound at the PS surface suggesting attached polymer chains. Zeta potential experiments indicated a change in the surface potential at the PS interface due to the addition of a polyelectrolyte, as little as 0.1 g m-2 of polyelectrolyte was required to change the PS surface potential. Surface saturation of the PS resulted in a zeta potential of 63.5 \(\pm\)2.6 mV, at pH 6.6 \(\pm\)0.2. Kaolin adsorption was determined by reduced sediment volume experiments and observed by the use of scanning electron microscopy (SEM). The influence of an increase in the kaolin ratio and the calcination process on the microsphere structure was investigated. When calcined at 1000 ºC for 60 min the microsphere properties exhibited a particle size (d50) of 11.2 \(\pm\)0.4 \(\mu\)m and a bulk density of 0.13 \(\pm\)0.01 g/cm3. The internal structure of the calcined microspheres were characterised by the use of SEM and focused ion beam (FIB) instruments. The characteristic properties of the calcined kaolin microspheres were determined by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

Les travaux réalisés dans le cadre de la présente thèse se positionnent dans le contexte de la caractérisation des propriétés de surface des particules. La forme ainsi que les propriétés de surface sont fortement reliées aux propriétés fonctionnelles et à la réactivité des poudres alimentaires. Toutefois, le nombre de techniques disponibles pour l'étude et la caractérisation de la surface d'une particule alimentaire sont très réduites. Ainsi, l'objectif de ce travail a été de développer de nouvelles techniques et protocoles de caractérisation de la forme et de la surface des particules de poudre de lait et de semoule. L'objectif ultime est de mettre en relation les propriétés de surface et la réactivité des particules. Le fil conducteur de ce travail est une approche multi-échelle mettant en jeu différentes techniques d'analyse et de caractérisation. A l'échelle atomique, des techniques pour caractériser la surface et le coeur des particules par EDX ont été développées (permettant de sonder la particule à 1 µm de profondeur). L'adaptation de l'EDX couplé à l'XPS (5 nm de profondeur) permet de remonter à des valeurs de composition de surface (lactose, lipides, protéines) à partir des pourcentages atomiques. A l'échelle moléculaire, les gradients de composition par couplage de l'EDX et l'XPS ainsi que les différentes fractions de matière grasse (matière grasse libre, encapsulée et totale) ont été étudiés. En parallèle, un protocole de caractérisation a permis d'évaluer les propriétés de forme à l'aide d'un granumorpholomètre. L'énergie libre de surface a été déterminée par la CGI et la Monté Capillaire. Ces techniques novatrices dans le domaine des poudres alimentaires ont démontré leur intérêt. Finalement, à l'échelle de la microstructure, la modification de la surface par des contraintes externes a été étudié. Ainsi, les interactions particule/eau et la modification de la surface par enrobage à sec ont été étudiés Pour cela, des composants purs comme enrobant (carbohydrates ou protéines) ont été utilisés / The work carried out on this PhD thesis is positioned in the context of the characterization of the food particle surface properties. The shape and surface characteristics are strongly related to the functional properties and reactivity of food powders. However, the number of techniques available, to perfromethe study and characterization of food particles surface is reduced. Thus, the objective of this work was to develop new techniques and protocols in order to characterize the shape and surface of milk powder and semolina particles. The ultimate goal is to relate the particle surface properties and reactivity. A multi-scale approach raised in this work involves different analytical techniques and characterization. At the atomic scale, techniques to characterize the surface and the heart of particles by EDX were developed (exploration of the particle at 1 micron depth). The adaptation of the EDX coupled to the XPS (5 nm depth) permit figure out the values of surface composition (lactose, fat, protein) from atomic percentages. At the molecular level, the composition gradients studied by coupling the EDX and XPS as well as different fractions of fat (fat free, encapsulated and total) were studied. In parallel, a characterization protocol was used to evaluate the shape properties using a granumorpholometer. The surface free energy was determined by IGC and Capillary rise. These innovative techniques in the field of food powders have demonstrated to be of interest. Finally,a at the microstructural scale, the surface modification by external contraintswas studied. Thus, interactions particle / water and surface modification by dry coating,to do it, pure components as coating (carbohydrates or proteins) were used

Cette étude porte principalement sur l’influence de déformations plastiques sévères réalisées par torsion sous forte pression (ou HPT) sur différentes natures de poudres de magnésium pour la modification des propriétés d’absorption de l’hydrogène de Mg. La nature différente des poudres a été obtenue soit par un procédé d'atomisation de gaz, soit par un procédé d'évaporation/condensation par plasma d'arc. Ces poudres ont été consolidées en produits en vrac par un procédé HPT en deux étapes. Parmi les poudres composites étudiées, la poudre de magnésium contenant du graphène a montrée d’excellentes propriétés d’absorption de l’hydrogène correspondant à des cinétiques d’activation plus rapides. Un avantage significatif du procédé HPT est de briser les couches d’oxyde MgO, imperméables au passage de l’hydrogène et de venir les disperser uniformément avec les additifs dans le Mg. Par l’introduction de défauts cristallins associés à un affinement microstructural, le procédé HPT a permis d’obtenir des améliorations significatives dès le premier cycle d’hydrogénation pour les poudres consolidées de Mg par rapport aux poudre initiales, tandis que des résultats inverses ont été obtenus au sein de la poudre dopée au C et déformée par HPT. Un autre impact du procédé HPT a été de réduire l’hystérésis entre les plateaux de pression d’absorption et de résorption au cours des essais PCT (pressure-composition-temperature). De plus, il a été observé que le procédé HPT réduit de manière drastique la température de résorption pour toutes les combinaisons de poudres tandis que le taux de résorption de l’hydrogène a été légèrement diminué pour les produits consolidés. Toutefois, l’inconvénient majeur du procédé HPT, indépendamment de la nature des composés étudiés, est qu’il altère systématiquement la capacité de stockage maximum des poudres initiales. / The present work mainly focuses on the effects of severe plastic deformation through high-pressure torsion (HPT) of different nature of magnesium based powders on improving the hydrogen sorption properties of Mg. The different nature of powders was obtained by either a gas-atomization process or an arc-plasma evaporation/condensation method. These powders were consolidated into bulk products by a two-step HPT process. Among the studied powder composites, the Mg/graphene based powder demonstrated excellent hydrogen sorption properties representing faster activation kinetics. A significant advantage of the HPT processing was to break the impervious MgO oxide layers, and to disperse them uniformly along with catalytic additives within the Mg domains. Through the introduction of structural defects and microstructural refinement, the HPT processing has allowed significant improvements in the first hydrogenation kinetics for the consolidated Mg products compared to their initial powder precursors while it was reverse for the C-doped HPT products. Another significant impact of the HPT processing was to reduce the hysteresis between the absorption and desorption plateau pressures during the pressure-composition-temperature (PCT) experiments. Moreover, it was revealed that the HPT processing has drastically reduced the hydrogen desorption temperatures for all the powder combinations while the rate of dehydrogenation was slightly diminished for their consolidated products. Nevertheless, the major drawback of the HPT processing, irrespective of the nature of studied composites, was that it always impaired the maximum hydrogen storage capacity of the starting powder precursors.

Les caractéristiques d’un nuage de poussières avant l’activation de la source d’inflammation ont une grande influence sur la sensibilité et la sévérité de son explosion. Pour cette raison, le procédé de dispersion d’une poussière combustible qui se développe à l’intérieur des chambres d’explosion standardisés telles que le tube de Hartmann modifié et la sphère 20 L a été décrit par deux approches complémentaires. Dans un premier temps, une caractérisation expérimentale de l’évolution du nuage de poussière a identifié les niveaux de turbulence de l’écoulement de gaz, ainsi que les principales variations de la distribution de la taille des particules combustibles. Ces résultats ont été complétés par l’identification des niveaux de ségrégation de la poudre dispersée à l’intérieur des chambres d’explosion. Par la suite, une série de simulations CFD basée sur une approche Euler-Lagrange a été développée pour prédire le comportement du nuage. Cette étude a été réalisée grâce à la caractérisation des principaux mécanismes d’interaction tels que le transfert de quantité de mouvement (couplage bidirectionnel) et le phénomène de fragmentation des poudres. Deux types de particules microniques ont été spécifiquement étudiés : une poussière métallique, l’aluminium et un composé organique, l’amidon de blé. Ces résultats ont démontré qu’il est possible de définir ab initio, par simulation numérique, les conditions de tests les plus pertinentes (les plus réalistes ou les plus pénalisantes) en vue de la quantification de ces risques majeurs / The pre-ignition stage of an explosibility test determines the ignitability of a dust cloud as well as the main characteristics of the flame propagation. For this reason, the dispersion process of a combustible dust that develops inside the explosion chambers of the modified Hartmann tube and the 20 L sphere has been described by two complementary approaches. Initially, an experimental characterization of the evolution of the dust cloud identified the evolution of the turbulence levels of the gas flow along with the main variations of the particle size distribution of the combustible dust. These results were complemented by the identification of the segregation levels of the dispersed powder inside the explosion chambers. Thereafter, a set of CFD simulations based on the Euler-Lagrange formulation was developed to predict the behavior of the combustible dust cloud. This study was accomplished through the characterization of the main interaction mechanisms such as the momentum exchange (two-way coupling) and the dust fragmentation phenomenon. In this manner, the research work constituted for this thesis allowed determining the most appropriate conditions to ignite a dust cloud formed by a metallic (Aluminum micro-Al 42) or organic powders (wheat starch) in a case study. Thus, this research work presents a methodology that can be extended for the analyses of combustible dusts and the further development of the standard test methods