Cette étude a été consacrée à l'analyse du processus d'agglomération du sulfate de potassium et de l'alumine dans un milieu liquide turbulent. La turbidité constitue une technique tout à fait adaptée à la caractérisation de l'agglomération dont les effets sont ressentis essentiellement au niveau de la distribution granulométrique de la phase dispersée. Elle permet de quantifier et d'interpréter l'effet des différents paramètres qui interviennent au cours du développement du processus: - Paramètres hydrodynamiques : La cinétique d'agglomération est conditionnée par le mécanisme de rencontre des particules, lui-même dépendant des conditions hydrodynamiques; la morphologie des agglomérats peut témoigner de cette dépendance ; - Paramètres physico-chimiques : Lorsque les particules se rencontrent les interactions interviennent et assurent ou non la cohésion de l'amas formé. Il est nécessaire, enfin, de tenir compte de l'agglomération lorsque le comportement d'un système diphasique est influencé par l'évolution de la distribution granulométrique de la phase dispersé : C'est le cas dans la plupart des procédés de cristallisation.

Pour cette recherche, nous avons sélectionné plusieurs techniques qui permettent de suivre l'influence des ions Cr³⁺ en solution solide dans l'alumine alpha. La fluorescence optique s'avère être une technique de choix. Elle met en évidence des interactions entre plusieurs activateurs Cr³⁺ rapprochés. Leurs augmentations provoquées par des réarrangements différents permet d'interpréter la fissuration de certains rubis fortement dopes. L'influence du broyage sur l'intensité des signaux de triboémission est interprétée par la présence de deux phénomènes antagonistes. Cette approche permet de considérer la triboémission comme une émission exoeléctronique thermostimulée (E.E.T.S.), stimulée par broyage.

Les oxydes et hydroxydes d'aluminium sont des produits chimiques très répandus industriellement. La principale utilisation des alumines est la production de l'aluminium, mais elles sont également très employées dans l'industrie des abrasifs, des céramiques et des matériaux réfractaires. De même parmi les oxydes métalliques utilisés dans les processus catalytiques, l'alumine est l'un des plus employés. Elle peut être utilisée comme catalyseur intrinsèque, ou comme l'un des éléments d'un catalyseur multicomposant ou encore comme support d'un catalyseur métallique. En tant que support de catalyseur, une des applications de l'alumine est l'épuration des gaz d'échappement des véhicules automobiles rendue obligatoire depuis quelques années dans certains pays (1974 pour les U.S.A. et le Japon), et qui le deviendra également dans certains pays de la Communauté Européenne au cours des prochaines années (vers 1989 en Allemagne) Les normes ainsi imposées pour la composition des effluents gazeux rejetés par les moteurs et leur teneur en composés nocifs nécessitent de la part du catalyseur une bonne efficacité. D'autre part le support du catalyseur est caractérisé par la nature du produit, sa résistance mécanique, sa texture et sa stabilité. Toutes ces propriétés doivent être conservées dans les conditions d'utilisation. L'épuration des gaz d'échappement demande donc un système catalytique très performant, notamment pour les propriétés mécaniques et surtout pour la résistance à l'attrition. Et ces propriétés ne doivent pas être affectées aux hautes températures (1000 à 1100°C). A ces températures le support doit également rester neutre vis-à-vis des espèces catalytiques (métal ou oxyde) déposées à sa surface.

La décomposition thermique de l'alun d'ammonium permet d'obtenir des alumines alpha de haute pureté. Cette décomposition se déroule en plusieurs étapes: - déshydratation de l'alun d'ammonium hydrate en alun anhydre ; - décomposition de cet alun anhydre en sulfate d'aluminium ; - transformation du sulfate d'aluminium en alumine de transition ; - précipitation de la phase alpha de l'alumine. La décomposition de l'alun dépend fortement de l'environnement gazeux. En particulier la déshydratation de l'alun est influencée par la pression physique dont le rôle est de modifier la diffusion de la vapeur d'eau au sein de l'échantillon. Au cours de la déshydratation, il se forme, selon la pression de vapeur d'eau créée a l'interface réactionnel, deux types d'alun partiellement déshydrate amorphe qui se différencient par leur texture et leur composition. Les conditions de déshydratation jouent un rôle important sur certaines propriétés physico-chimiques des alumines résultantes en modifiant probablement leur concentration en défauts ponctuels ce qui entraine des conséquences au niveau de leur surface spécifique, leur température de transformation gamma-alpha et leur thermoluminescence. Aspect théorique: décomposition des solides, thermodynamique des réactions chimiques diffusion de gaz à travers un solide, texture et structure des solides. Aspect pratique: obtention d'alumine de très haute pureté présentant des propriétés thermoluminescentes intéressantes.

Cette étude met en évidence le comportement complexe de deux solides soumis au broyage. Pour ce faire, trois techniques principales ont été utilisées: * la triboémission afin d'obtenir des renseignements sur les défauts de surface; * l'élargissement du profil de diffraction des rayons X pour la mesure des microdistorsions et des domaines de diffraction cohérents; * la microscopie électronique en transmission pour l'observation des systèmes de fractures. Ce travail a permis de corréler l'évolution des signaux de triboémission des solides avec leurs systèmes de fragmentation au cours du broyage. Pour l'alumine α, l'effet de la comminution se traduit d'abord par des fractures intercristallites donnant des surfaces triboémissives, puis par des fractures intracristallites faisant apparaître des zones non triboémissives. Le fluorure de lithium se fragmente selon un système unique en donnant naissance à des surfaces non émettrices.

Ce travail de thèse a porté sur de nouveaux implants intervertébraux en céramique. Au cours du projet dans son ensemble (projet européen Longlife), un nouveau matériau et de nouveaux designs d’implants ont été développés, ainsi qu’un nouveau test destiné à simuler les sollicitations subies in vivo par les implants afin d’estimer leur durée de vie. Le nouveau matériau développé est un composite triphasé composé d’une matrice de zircone dopée à l’oxyde de cérium (pour sa résistance au vieillissement), d’une phase globulaire d’alumine α (pour affiner la microstructure) et d’une phase allongée composée d’aluminates de strontium (pour augmenter la ténacité). La première partie du travail a consisté à caractériser ce matériau afin de connaître son comportement en termes de résistance mécanique, stabilité thermique, et de résistance à la stérilisation. Une deuxième partie a été consacrée au développement d’un test multiphysique regroupant les différentes sollicitations attendues par une prothèse in vivo (fatigue axiale, micro-séparation, vieillissement et usure). Il a fallu pour cela s’appuyer sur des simulations numériques qui ont permis de développer le système. Les données de la littérature ont été utilisées afin de choisir les paramètres du test (durée, fréquence, milieu d’essai). Enfin, la dernière partie de ce travail a été la mise à l’épreuve de différents prototypes à travers le test multiphysique et leur caractérisation en cours d’essai. Les principaux résultats de ce travail de thèse sont les suivants : le composite montre un comportement pseudo-plastique sous charge, avec une nette transformation de phase avant rupture, ce qui est positif dans le cadre de son utilisation. De plus, il ne semble pas affecté par la stérilisation. Du point de vue des implants développés, peu passent le test multiphysique. Le design, ainsi que la géométrie (notamment la clearance des échantillons) sont des leviers d’amélioration qui permettront d’augmenter la fiabilité des implants. / This work deals with the development of new intervertebral prostheses, made with ceramics. A whole European project, Longlife, was dedicated to the development of such implants. To achieve this goal, several axes have been followed: the synthesis of a new material, the development of new designs of intervertebral bodies, and the set-up of a new test aimed at reproducing in vitro the different solicitations undergone by an intervertebral implant in vivo. The new material developed is a triphasic composite composed of a matrix of ceria-doped zirconia (insensitive to ageing), a secondary globular phase of α-alumina (to reduce the grain size), and a third, elongated phase composed of strontium aluminates platelets (in order to improve fracture toughness). The first part of this work was to characterize this new material in order to forecast its behaviour under mechanical solicitation, thermal stability and resistance to sterilization. Secondly, the set-up of the new test is exposed. Different steps were chosen (axial fatigue, micro-separation, ageing and wear) in order to reproduce the “real-life” solicitations. To achieve this goal, Finite Elements simulations were performed, allowing the development of specific specimen holders that mimic the fixation of the implants in the vertebrae. The parameters of the test (duration, frequency, medium) were chosen after a details survey of the literature and of standards. At the end, we tested different prototypes trough this new multiphysic assessment set up. As a main result of this thesis, the chosen ceramic composite exhibits a pseudo-plastic behaviour, with a large deformation due to phase transformation before fracture, which is a positive result in the framework of the forecast applications. Moreover, the material doesn’t seem degraded by the sterilization processes. Concerning the multiphysic test, only a few implants resisted it. The design of the implants is a key-point, as well as the geometry (in particular, clearance seems to be critical).