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This thesis describes the development of a computer model that predicts aggregation behavior in fluidized bed melt granulation (FBMG) processes. In FBMG processes, the molten binder enters at one or more points and is then distributed around the bed, these processes are necessarily spatially inhomogeneous. Current granulation modelling using Population Balance Equations (PBE) adopts a lumped approach, using a single lumped rate constant. This thesis shows how to take account of these spatially distributed processes and then predicted the apparent lumped rate constant. The first half of this thesis presents a series of experimentally validated sub-models to describe time scales of events leading to aggregation. These events are granule-granule collision, droplet-granule collision, binder spreading and binder solidification. Computational Fluid Dynamic using a twin-fluid model is used to calculate granulegranule collision time scale and droplet-granule collision time scales. A Volume of Fluid method is used to calculate binder spreading time scales. A dynamic energy balance is used to calculate binder solidification time scales. Validation of the twin-fluid model is done by comparing fluidized bed pressure time series with experiment. Validation of spreading model is done using high speed images of binder droplet spreading. Validation of solidification model is done using high speed infrared images of binder droplet solidification on glass plate. Generalizations for binder spreading time scale and binder solidification time scale are made, so that these time scales for other FBMG process can be calculated directly, reducing the reliance on computational modelling. Granule-granule collision time scale per particle is in the region of O.Ols. Binder spreading time scale is less than O.OOls~ Binder solidification time scale varies from 0.005s to O.Ols. This wider variation for solidification time scale is caused by the effect of fluidized bed operating temperature. By separation of time scales, we evaluate probability that a granule is wet upon granulegranule collision. Binder contact angle determines the wetted area covered by single droplet. Droplet solidification time scale determines the lifetime of the wetted area. This probability is used to calculate granulation efficiency. Applying granulation efficiency with collision rates allows aggregation rate constants for different process variables in FBMG to be evaluated. Our evaluation found that most aggregation takes place within 5cm of the nozzle. In general the calculated aggregation rate constant is higher than the experimentally measured aggregation rate constant. \Ve attributed the unknown effects of averaging across granule SIze, the probability of liquid bridge survival and probability of solid bridge survival with an apparent probability of survival.

Un procédé de création de surfaces poreuses sur deux aciers inoxydables respectivement austénitique et ferritique a été étudié. Ce procédé est en deux étapes. Une couche d’oxyde, dont l’épaisseur et la composition sont contrôlées, est d’abord générée par de la vapeur d’eau à 1100 °C. Puis cette couche est ensuite réduite par du dihydrogène à haute température. Ces travaux ont pour objectifs de mieux comprendre les mécanismes de formation des pores ainsi que l’influence des divers paramètres de réaction, tant pour l’oxydation que pour la réduction.Une caractérisation complète des couches d’oxydes a été d’abord réalisée. Le principal paramètre influent est la structure de l’alliage, austénitique ou ferritique. Par la suite, les surfaces poreuses ont été étudiées afin d’établir, étape par étape, les mécanismes mis en jeu.Il a été établi que la non-stœchiométrie des oxydes de fer préalablement formés sur l’acier austénitique est à l’origine de la formation des pores sur la surface de cet acier.Un nouveau type de porosité a pu être obtenu par la formation préalable de couches d’oxydes riches en chrome formées sur l’acier ferritique. Les morphologies ainsi que les mécanismes sont ici totalement différents. Un processus de formation des pores spécifique a été proposé. / A process for pore creation on the surface of two stainless steels, respectively austenitic and ferritic, has been investigated. That process follows two steps. An oxide scale with controlled thickness and composition is firstly generated by water vapour exposition at 1100 °C. That layer is subsequently reduced at high temperature by dihydrogen. The present work aims to better understand the mechanisms of pore formation and the influence of various reaction parameters on both oxidation and reduction course.A comprehensive characterisation of the oxide layers has been first performed. The main parameter is the alloy structure, austenitic or ferritic. The porous surfaces have been thereafter studied to establish step by step the formation mechanisms involved.It was demonstrated that the non-stoichiometry of iron oxides formerly developed on the austenitic steel is behind the pore growth mechanism on that steel.A new kind of porosity could be obtained through the preliminary building of chromium-rich oxide scales on the ferritic steel. The morphologies are in that case completely different as well as the pore formation mechanism. A specific process for the pore growth has been proposed.

La connaissance du comportement hydrodynamique et du transfert de matière de la bulle est importante car elle fournira des indications pour la sélection des conditions de fonctionnement et la conception du réacteur dans de tels processus. Cette thèse a réalisé une étude expérimentale pour les bulles d’air isolées en ascension dans diverses solutions de polymères (Breox, Polyacrylamide (PAAm) and Xanthan gum) qui peuvent simuler les propriétés des eaux usées. Les travaux sont divisés en trois parties: Tout d’abord, en dressant l’état de l'art sur les techniques de visualisation pour le transfert de matière, trois techniques ont été testées pour les bulles d’air (diamètre équivalent ≈ 1 mm) en ascension dans l'eau, notamment la fluorescence induite par plan laser (PLIF, fluorophore: résorufine fluorescente), la PLIF avec inhibition (fluorophore: complexe de ruthénium) et techniques colorimétriques (colorant: résorufine rose), respectivement. Par la suite, sur la base des images capturées par une caméra haute vitesse, le comportement hydrodynamique des bulles d'air (diamètres équivalents: 0,7 à 7 mm) s'élevant dans les solutions de polymères (PAAm et Xanthan) a été étudiée, notamment la vitesse, la trajectoire et la forme de la bulle. Enfin, appliquant la technique PLIF-I, les phénomènes de transfert de matière et de diffusion dans le sillage de bulles d'air (diamètre équivalent 1 ≈ mm) dans différentes solutions aqueuses de polymères (PAAm et Breox) ont été étudiés. / The knowledge on the hydrodynamic property and mass transfer of bubbles is important since it will give guidelines for selecting the operation condition and for reactor design in such processes. For this purpose, this PhD manuscript has implemented an experimental investigation of single air bubbles rising in various polymer solutions (Breox, Polyacrylamide (PAAm) and Xanthan gum) which can simulate the property of the sewage. The works can divided into three parts: Firstly, with a review of the current visualization techniques for mass transfer, three techniques have been tested for air bubble (equivalent diameter ≈ 1 mm) rising in water including traditional Planar Laser Induced Fluorescent (PLIF, dye: fluorescent resorufin), Fluorescent quenching technique (PLIF with Inhibition, dye: ruthenium complex) and colorimetric techniques (dye: pink resorufin), respectively. Secondly, based on images captured by a high speed camera, the hydrodynamics of the bubble single air bubbles (equivalent diameters: 0.7-7 mm) rising in the polymer solutions (PAAm and Xanthan) have been investigated including the bubble velocity, trajectory and bubble shape. Finally, based on PLIF-I technique, the mass transfer and diffusion phenomena in the wake of single air bubbles (equivalent diameter ≈ 1 mm) rising in various aqueous polymer solutions (PAAm and Breox) are investigated.

Les polyolefins représentent plus de la moitié de la production mondiale de plastiques et 80% de ces polymères sont produits avec des catalyseurs hétérogènes de type Phillips, Ziegler-Natta et métallocènes. En effet, un bon fonctionnement des unités du fait d'un faible encrassement du réacteur ou des autres équipements de l'unité, une activité stable, une bonne morphologie particulaire des polymères et un une densité apparente élevée sont obtenus en utilisant des catalyseurs hétérogènes. D'un autre côté l'hétérogénéisation d'un catalyseur s'accompagne d'une diminution de l'activité et d'un élargissement de la distribution de masses molaires qui est parfois non désiré car cela peut influencer l'aptitude à la transformation et les propriétés mécaniques des polyoléfines. Plusieurs explications ont été avancées dans la littérature afin d'expliquer l'effet de l'immobilisation d'un catalyseur ce qui inclut la résistance diffusionnelle au transport du (des) (co)- monomère(s) vers le site actif et la modification du comportement du catalyseur conduisant à plusieurs espèces actives. Néanmoins l'ensemble de ces explications est en connexion avec les propriétés physiques du support (tailles des particules, surface spécifique, volume poreux, diamètre des pores…) car ce dernier peut en effet impacter la nature des espèces actives ainsi que leur dispersion et la diffusion des monomères. Les catalyseurs métallocène sont considérés comme mono-site et tout changement dans la nature du site actif au cours de son immobilisation et toute résistance au transfert de matière peuvent être détectés par un élargissement de la distribution des masses molaires. Le présent travail a pour objet d'étudier les effets des propriétés physiques des catalyseurs métallocènes supportés sur silice concernant la cinétique de polymérisation et les caractéristiques des polymères produits. Pour cela le traitement thermique de la silice a été fixé à 600°C afin de contrôler son état de surface tandis que la quantité de catalyseur supporté a été gardée autant que possible constante. De plus les protocoles de polymérisation en phases suspension et gaz ont été fixés après avoir évalué différentes conditions de polymérisation et différents composés alkylaluminium. Cette étude systématique a permis d'attribuer les différences observées en termes de cinétique de réaction des catalyseurs métallocènes à la différence des paramètres physiques des silices utilisées comme support et par conséquent à la résistance diffusionnelle au transport du (des) (co)-monomère(s) au(x) site(s) actif(s) durant la polymérisation / Polyolefins account for more than half of the world’s plastic production and about 80% of these polyolefins are commercially produced with heterogeneous olefin polymerization catalysts such as Phillips, Ziegler-Natta and metallocenes. Trouble-free plant operation due to low fouling of the reactor or other plant equipment, relatively stable catalytic activity, good polymer morphology and high polymer bulk densities can be achieved by employing heterogeneous olefin polymerization catalysts. On the other hand, heterogenization of the olefin polymerization catalysts lead to drastic reduction in their activities and broadening of the polymer molar mass distribution which is undesirable in some cases because it can influence the processability and mechanical properties of the polyolefin grade. Various explanations have been proposed in the open literature to explain these effects of catalyst immobilization which mainly include existence of diffusion resistance to (co)-monomer(s) transport at the active sites during polymerization and the change of the active site(s) behavior due to immobilization leading to multiple site types on the final supported catalyst. Nevertheless, both of these explanations have a connection with the physical properties (e.g., particle size, surface area, pore volume, pore diameter etc.) of the support because the support can impact the nature of the final active species formed on it, dispersion of the active species throughout the support particles and, last but not the least, the intraparticle diffusion of (co)-monomer(s) during polymerization. Metallocenes are considered as single-site catalysts and any changes in the nature of the active site(s) upon their immobilization on a support or during the course of polymerization due to mass transfer resistance can be detected from the broadening of polyolefin molar mass distribution. Therefore, the present work is an attempt to study the effects of physical properties of silica supported metallocenes on their ethylene polymerization kinetics as well as on the morphology of the produced polyethylene. For this purpose, the surface chemistry of the used commercial silica supports was fixed by dehyroxylating all of them at 600 °C, whereas, the final metal loadings of the supported catalysts were nearly kept constant by preparing them under identical conditions. Furthermore, slurry and gas phase polymerization protocols along with the used aluminum alkyl scavenger (which can also induce chemical effects on the catalytic behavior of supported metallocenes) were also fixed by testing different polymerization protocols and scavengers. Such systematic study has allowed us to attribute the observed differences in the reaction kinetics of the supported metallocenes, explicitly, to the differences in the physical parameters of the silica supports and, consequently, to the existence of diffusion resistance to (co) monomer(s) transport at the active site(s) during the course of polymerization

Dans ce travail, la modélisation, la simulation, l'optimisation dynamique et la commande nonlinéaire d'un procédé industriel de polymérisation en émulsion produisant du polyacétate de vinyle (PVAc) sont étudiées. La réaction est modélisée comme un système à deux phases constitué d'une phase aqueuse et une phase particulaire. Un modèle détaillé est développé pour calculer la masse molaire moyenne en poids, la masse molaire moyenne en nombre et la dispersité. Les moments de chaînes en croissance et terminés sont utilisés pour représenter l'état du polymère et pour calculer la distribution de masse molaire (MWD). L'étude de cas correspond à un réacteur industriel fonctionnant dans une entreprise de produits chimiques à Bogotá. Un réacteur à l'échelle industrielle (11 m3 de capacité) est simulé dans lequel une réaction semi-batch de polymérisation en émulsion de l'acétate de vinyle est effectuée. Le problème d'optimisation dynamique est résolu directement en utilisant un solveur de programmation non linéaire. L'intégration des équations différentielles est faite en utilisant la méthode de Runge-Kutta. Trois problèmes d'optimisation différents sont résolus, depuis le plus simpliste (une seule variable d'optimisation : la température du réacteur) au plus complexe (trois variables d'optimisation : la température du réacteur, le débit de l'amorceur et le débit du monomère) en vue de minimiser le temps final de réaction. Une réduction de 25% du temps de traitement par batchs est réalisée par rapport aux conditions normales de fonctionnement appliquées dans l'entreprise. Les résultats montrent qu'il est possible de minimiser la durée de réaction alors que certaines qualités de polymères souhaitées (conversion, masse molaire et contenu en solides) satisfont les contraintes définies. Une technique de commande non linéaire géométrique à l'aide de la linéarisation entrée/sortie est adaptée à la régulation de la température du réacteur. Un filtre Kalman étendu (EKF) est mis en oeuvre pour estimer les états non mesurés et il est testé dans différents cas, dont une étude de robustesse où des erreurs du modèle sont introduites pour vérifier son bon fonctionnement. Après vérification des performances du régulateur, certains changements d'opération du procédé ont été proposés afin d'améliorer la productivité du procédé et la qualité du polymère. Enfin, le profil de température optimale et les politiques d'alimentation optimales de débits du monomère et de l'amorceur, obtenues dans l'étape d'optimisation dynamique, ont fourni les consignes optimales pour la commande non linéaire. Les résultats montrent que le régulateur non linéaire conçu ici convient pour suivre les trajectoires optimales de température calculées précédemment / In this work, modeling, simulation, dynamic optimization and nonlinear control of an industrial emulsion polymerization process to produce poly-vinyl acetate (PVAc) are proposed. The reaction is modeled as a two-phase system composed of an aqueous phase and a particle phase. A detailed model is used to calculate the weight average molecular weight, the number average molecular weight and the dispersity. The moments of the growing and dead chains are used to represent the state of the polymer and to calculate the molecular weight distribution (MWD). The case study corresponds to an industrial reactor operated at a chemical company in Bogotá. An industrial scale reactor (11 m3 of capacity) is simulated where a semi-batch emulsion polymerization reaction of vinyl acetate is performed. Dynamic optimization problem is solved directly using a Nonlinear Programming solver. Integration of differential equations is made using Runge-Kutta method. Three different optimization problems are solved from the more simplistic (only one control variable: reactor temperature) to the more complex (three control variables : reactor temperature, initiator flow rate and monomer flow rate) in order to minimize the reaction time. A reduction of 25% of the batch time is achieved with respect to the normal operating conditions applied at the company. The results show that is possible to minimize the reaction time while some polymer desired qualities (conversion, molecular weight and solids content) satisfy the defined constraints. A nonlinear geometric control technique by using input/output linearization is adapted to the reactor temperature control. An extended Kalman filter (EKF) is implemented to estimate unmeasured states and it is tested in different cases including a robustness study where model errors are introduced to verify its good performance. After verification of controller performance, some process changes were proposed in order to improve process productivity and polymer quality. Finally, the optimal temperature profile and optimal feed policies of the monomer and initiator, obtained in a dynamic optimization step, are used to provide the optimal set points for the nonlinear control. The results show that the nonlinear controller designed here is appropriate to follow the optimal temperature trajectories calculated previously

Le lithium est une matière première en demande croissante suite au fort développement des appareils nomades et des véhicules électriques. Ce manuscrit s’intéresse à la production de lithium à partir d’une ressource naturelle : les saumures lithinifères. Une étude bibliographique sur l’extraction du lithium présent dans les saumures a mis en avant que cette dernière requiert des quantités importantes d’énergie, d’eau et de réactifs. Cela met ainsi en évidence l’enjeu environnemental et la nécessité d’améliorer les procédés existants. A cette fin, la présente étude allie la modélisation à un travail expérimental. Le modèle sélectionné pour calculer les coefficients d’activité des éléments dissous dans les saumures est le modèle de Pitzer (1991). Un travail de paramétrisation a été effectué pour mettre au point une base de données thermodynamiques disposant des éléments nécessaires (propriétés des sels, paramètres d’interaction) à la description des systèmes électrolytiques d’intérêt. Après un travail de validation appuyé sur des données expérimentales issues de la bibliographie, cette base de données, associée au logiciel PhreeqC pour les calculs géochimiques, permet de simuler différentes transformations des saumures (dilution, évaporation, ajout de réactifs). L’outil mis en place a permis d’analyser des scenarios exploratoires de production de zabuyelite (Li2CO3) et d’effectuer une étude de sensibilité des paramètres opératoires. Des travaux expérimentaux sur des saumures modèles ont été effectués sur deux pilotes distincts : une enceinte climatique et une unité d’évaporation. Les techniques d’analyses utilisées pour suivre l’évolution de la composition de la saumure et la qualité des cristaux sont la chromatographie ionique, la DRX et l’EDX. Le modèle mis au point permet de décrire les systèmes salés complexes à l’équilibre à 25°C. Il parvient à décrire les essais dans le pilote d’évaporation du LaTEP à condition que l’on émette l’hypothèse que la zabuyelite ne précipite pas au cours du temps (sursaturation nécessaire). Il pourrait certainement être optimisé au niveau thermodynamique (spéciations, constantes de solubilité), mais également en y ajoutant une dimension cinétique et transferts liquide-vapeur. / Lithium is a critical element regarding to the development of portable devices and electric vehicles. This manuscript is dedicated to lithium production from natural lithium bearing brines. A bibliographic review shows that lithium production consumes lots of water, energy and reactive. It underlines environmental issues and the necessity to improve existing processes. In order to achieve this, modeling and experimental work are associated for this study. The Pitzer model (Pitzer, 1991) is used to calculate the activity coefficients of dissolved aqueous species in brines. After parametrization (salt properties, interaction parameters) and validation with experimental data from literature, a database was optimized to allow the description of key electrolytic systems. Associated with phreeQC software, it is possible to simulate transformations of the brine (such as dilution, evaporation, reactions). It can be used as a predictive tool to explore zabuyelite (Li2CO3) production and study the sensibility of the operative parameters (temperature, pH, pCO2). Experimental work on model-brines was done on two separate pilots: a climatic chamber and a crystallization unit. The evolution of the brine composition and quality of crystals produced was monitored by ionic chromatography, XRD and EDX. The model designed in this study can describe the equilibrium of complex brines at 25°C. It can also describe the experiment in the crystallization unit if a hypothesis of supersaturation (Li2CO3) is used. It could be improved thermodynamically with more speciation and solubility constants, and also with kinetics and liquid-vapor transfers.

Le dessalement de l’eau de mer par osmose inverse connait un intérêt croissant depuis une vingtaine d’années afin de répondre aux besoins en eau potable et en eau d’irrigation dans de nombreuses régions dans le monde. Cependant, le bore contenu dans l’eau de mer est incomplètement éliminé par osmose inverse et des concentrations supérieures à la valeur limite de 0,3 mg/ sont obtenues. Dans cette étude, nous présentons des résultats sur l'élimination du bore de l'eau de mer en utilisant une technique hybride de résine échangeuse d'ions/microfiltration sans addition continue de résine. Une membrane de microfiltration en céramique a été utilisée pour retenir la résine échangeuse d'ions dans le réservoir d'alimentation et la boucle de circulation tandis que la solution modèle de bore ou l’eau de mer était continuellement ajoutée. Tout d'abord, des résines fines de taille moyenne 40 - 60 µm ont été obtenues par broyage et tamisage de résines commerciales (Amberlite IRA743, Diaion CRB05 et Purolite S108). Les résines ont ensuite été testées en système batch pour obtenir les cinétiques de sorption et par la technique hybride de sorption/microfiltration pour mesurer les courbes de perçage et le flux de perméat. L'effet de la dose de résine, de la concentration initiale en bore, de la pression transmembranaire et de la taille des pores de la membrane a été étudié. Dans une deuxième partie, l’effet de la taille des particules de résine sur les courbes de perçage en sortie d’une colonne a été déterminé et une comparaison entre les performances d’une colonne et d’un système hybride a été proposée. Dans une dernière partie, les isothermes et cinétiques de sorption expérimentales sont comparées à des équations classiques, et les courbes de perçage en colonne et en système hybride sont modélisées. En conclusion, il est suggéré que le procédé hybride de résine échangeuse d'ions et microfiltration sans ajout continu de résines peut être une technique possible pour l'élimination du bore / The maximum concentration suggested by the World Health Organization is 0.3 mg/L. In this study, we investigated a hybrid process for boron removal from water which associates sorption on ion exchange resin and microfiltration, without continuous resin addition. First, fine resins were obtained by grounding and sieving at 40 and 60 µm commercial resins (Amberlite IRA743, Diaion CRB05 and Purolite S108). The resins were then tested in batch to obtain the kinetics and in the hybrid sorption/microfiltration process to measure breakthrough curves and permeate flux. A ceramic microfiltration membrane was used to retain the ion exchange resin in the feed tank and the circulation loop while the boron solution was continuously added and the permeate collected for analysis. The effect of resin dosage, boron initial concentration, transmembrane pressure and membrane pore size was studied. In a second part, the effect of the size of the resin particles on the breakthrough curves measured at the outlet of a column was determined and a comparison between the performances of a column and a hybrid system are proposed. For the Amberlite IRA743 resin, the overall process was tested: reverse osmosis followed by hybrid sorption/microfiltration. The hybrid process was able to re-duce concentration of bacterial and phytoplankton cells thanks to the steric rejection by the microfiltration membrane, suggesting that the same membrane can be used as a pretreatment before reverse osmosis in a desalination plant. In a final part, the experimental isotherms and kinetics are compared with classical models, and the breakthrough curves obtained with a column and with the hybrid sys-tem are modelised. Overall, it is suggested that the hybrid process of ion exchange resin and microfiltration without continuous addition of resin may be a possible technique for boron removal

Les bio-médicaments sont aujourd’hui confrontés à un manque d’adhésion thérapeutique due principalement à leur voie d’administration parentérale. Pour pallier à cela, un système de double encapsulation composé d’une gélule gastro-résistante renfermant un système de nanoparticules (NPs) polymériques à base de PLGA a été développé apportant protection et absorption pour in fine une administration par voie orale. L’objectif de ce travail a été de mettre au point le système de NPs renfermant de l’insuline, en jouant sur la charge de surface afin d’augmenter la biodisponibilité. Ainsi, nous avons montré un meilleur passage intestinal des nanoparticules grâce à l’apport d’une charge de surface négative confirmé par une diminution de la glycémie in vivo. Ensuite les NPs ont été recouvertes d’acide hyaluroniqueafin de réduire la perte intestinale d’insuline. Une fois validé avec l’insuline, le système nanoparticulaire a été transposé à un second bio médicament d’intérêt, l’héparine. Ainsi, nous avons obtenu des paramètres physico-chimiques semblables à ceux obtenus avec l’insuline prouvant le transfert de notre technologie. / Biologics are administrated by parenteral route due to their degradation in the gastrointestinal tract. This administration mode leads to lowadherence, showed by the low adherence for chronic diseases treatment. In order to increase adherence by reducing pain and adverse effects associated with treatment we developed a double encapsulation system to protect and increase biologic absorption for a future oral administration. Our system consists in encapsulated biologics inside PLGA nanoparticles (NPs), themselves encapsulated inside a gastroresistant vehicle. The aim of this work was to improve the system efficiency with insulin by NPs charges modification and intestinal release reduction and to transfer the technology to another molecule: the heparin. Negative charges improved the intestinal nanoparticle crossing as shown by the insulinopenic rat model with a decrease of glycaemia. To stabilize the NPs system in intestinal medium, a hyaluronic acid coating was tested and validated in vitro. When transferred to another biologics, we showed similar NPs chacacteristics with heparin than with insulin, revealing the transposition of our technic.

Le marché des alicaments est en pleine évolution et fait l'objet de recherches importantes dans le secteur agroalimentaire. Cette thèse a pour objectif de caractériser expérimentalement un procédé de production de caramels riches en dianhydrides de fructose (DAF) à l'échelle laboratoire en vue d'une extrapolation à l'échelle semi-pilote par CFD (Computational Fluid Dynamics). Ces caramels ont été préparés à partir d'un sirop de fructose en présence d'une résine qui joue le rôle de catalyseur. L'influence du titre en fructose, de la teneur en résine et de la température a été étudiée. Dans un premier temps, une étude a été menée pour établir des lois de vitesse à partir d'un mécanisme de réaction simplifié. Le suivi cinétique permet d'atteindre jusqu'à 50% de DAF selon les conditions opératoires. Dans un second temps, la caractérisation des fluides prenant part lors de la réaction de caramélisation a été étudiée. Un changement de comportement a été observé lors de la réaction. Le fluide newtonien devient non-newtonien (rhéofluidifiant). Dans un troisième temps, le comportement hydrodynamique du système a été analysé par CFD afin de proposer un semi-pilote présentant des résultats similaires à ceux mesurés à l'échelle laboratoire. La proposition issue du calcul numérique basé sur les nombres adimensionnels est un réacteur discontinu de géométrie cylindrique muni d'un agitateur de type semi-circulaire. Le mélangeur statique a été aussi envisagé. Dans ce cas, la vitesse radiale du fluide (0,2 m.s-1) est le facteur d'extrapolation. Enfin, la faible consommation énergétique de ce réacteur continu présente unvéritable atout pour produire des caramels à l'échelle industrielle. / The functional food market (foods with beneficial properties for health) is increasing and is subject of important research in the food industry. The goal of this thesis has been experimental characterization of caramels with high proportion of di-fructose anhydrides (DFA) processes, using laboratory-scale experiments with the aim to design a semi-pilot-scale reactor by CFD (Computational Fluid Dynamics). These caramels were prepared from a solution of fructose syrup with a resin catalyst. The influence of the ratio fructose/water, proportion of resin and temperature were studied. In a first step, a study was carried out to establish the kinetics laws from a simplified reaction mechanism. The results showed a DAF’s yield of up to 50% depending on the operating conditions. In a second step, the fluids involved in caramelization reaction were characterized. A behavior change outcome was observed during the reaction: the Newtonian fluid becomes non-Newtonian (rheofluidifying). In a third step, the hydrodynamic behavior was analyzed by CFD in order to propose a semi-pilot-scale reactor with similar results to laboratory scale. The numerical modeling based on non-dimensional numbers proposes a batch reactor with cylindrical geometry equipped with a stirrer of semi-circular type. The static mixer was also contemplated. In this case, the radial velocity of fluid (0.2 m.s-1) is the scale up factor. Finally, the low energy consumption of this continuous reactor represents a real advantage to produce caramel to industrial scale / El mercado de los alimentos funcionales (alimentos con propiedades benéficas para la salud) está en plena evolución y ha sidoobjeto de investigación en la industria alimentaria. Esta tesis tiene como objetivo caracterizar experimentalmente un proceso aescala de laboratorio para producir caramelos con alto contenido en dianhídridos de fructosa (DAF), con el fin de extrapolar a unaescala semi-piloto utilizando CFD (Computational Fluid Dynamics). Estos caramelos son obtenidos a partir de jarabe de fructosautilizando una resina como catalizador. Se estudió la influencia de la proporción de fructosa, la proporción de resina y de latemperatura. En una primera etapa, se realizó un estudio para establecer las leyes de velocidad a partir de un mecanismo dereacción simplificado. El seguimiento cinético permitió alcanzar un rendimiento de hasta 50% en DAF dependiendo de lascondiciones operatorias. En una segunda etapa, se realizó una caracterización de los fluidos implicados en la reacción decaramelización. Un cambio en el comportamiento del fluido durante la reacción fue observado. El fluido newtoniano se comportacomo fluido no-newtoniano (adelgazante). En una tercera etapa, el comportamiento hidrodinámico del sistema fue analizadomediante CFD, a fin de proponer un reactor semi-piloto que presente resultados similares a los calculados para la escalalaboratorio. La propuesta resultante del modelo matemático basado en los números adimensionales, es un reactor por lotes con unageometría cilíndrica y un agitador de tipo semicircular. Un mezclado estático fue también conceptualizado. En este caso, lavelocidad radial del fluido (0,2 m.s-1) fue el factor de extrapolación del proceso. Por último, el bajo consumo de energía de estereactor continuo representa una verdadera ventaja para la producción de caramelos a nivel industrial.