Ce travail s'intéresse aux deux étapes de séchage pouvant être rencontrées dans une filière de production d'extraits solides concentrés en polyphénols à partir de feuilles d'arbres :le séchage des feuilles récoltées, réalisé dans des coopératives paysannes avant le transport des feuilles vers les appareils d'extraction, et la transformation des extraits liquides obtenus en une poudre concentrée en polyphénols. Les polyphénols sont des molécules produites par le métabolisme secondaire des plantes et dont les propriétés thérapeutiques récemment découvertes leur confèrent un grand intérêt dans le domaine de la santé. Ces molécules sont également connues pour être thermosensibles. Les opérations de séchage thermique, impliquant un chauffage du produit à sécher, sont donc des étapes cruciales pour l'obtention de produits de qualité, et donc d'extraits concentrés en polyphénols. A l'échelle de la feuille, le séchage est étudié du point de vue de l'humidité mais aussi de la qualité du produit, c'est-à-dire du contenu en polyphénols des feuilles. Les méthodes d'analyse des polyphénols couramment utilisées étant longues, polluantes et destructives, le développement de nouvelles méthodes d'analyse apparaît comme indispensable pour caractériser le séchage de feuilles. Dans ce contexte, l'originalité de la démarche suivie réside dans la mise au point d'une méthode d'analyse simultanée du contenu en humidité et en polyphénols de feuilles à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge, offrant la possibilité de réaliser des analyses rapides, peu polluantes et non destructives. Deux équations de calibration, permettant de relier le spectre infrarouge d'une feuille à son contenu en eau et à son contenu en polyphénols sont construites.A l'échelle du dispositif de séchage, une contribution technologique est apportée via le développement d'une méthode de dimensionnement de séchoirs solaires tunnels ventilés adaptés à des coopératives paysannes. Basée sur des équations de bilan d'énergie et de masse, cette méthode permet d'évaluer les spécificités d'un séchoir solaire permettant de remplir un cahier des charges précisant le produit à sécher, le lieu et la période de l'année du séchage, ainsi que la géométrie de la coupe transversale du séchoir. La méthode de dimensionnement développée a pu être utilisée pour la construction de deux séchoirs solaires de terrain :un séchoir capable de sécher 10 kg de mangues au Cambodge par jour et un séchoir capable de sécher 25 kg d'ananas par jour en Ouganda. Les équations à la base de la méthode de dimensionnement ont pu être validées par les résultats d'expériences réalisées avec ces séchoirs de terrain. Les aspects pratiques essentiels à la mise en place et au bon fonctionnement de séchoirs solaires de terrain sont également discutés.Finalement, l'étape de transformation des extraits liquides en une poudre concentrée en polyphénols est abordée par l'étude de la microencapsulation, alternative économiquement intéressante par rapport à la lyophilisation souvent opérée actuellement. Au vu de la divergence des résultats expérimentaux relatifs à la stabilité des polyphénols lors d'un procédé de microencapsulation (obtenus par différents auteurs ainsi que lors d'expériences de laboratoire) et de la complexité des phénomènes prenant place lors d'un tel procédé, le séchage par microencapsulation a été abordé via une approche fondamentale. De nombreuses questions relatives à la modélisation mathématique de ce phénomène et à l'importance des mécanismes prenant part à l'évaporation sont encore en suspens dans la littérature, même pour des systèmes simples d'évaporation d'une goutte sphérique de liquide pur suspendue dans un milieu gazeux infini. Une modélisation rigoureuse de ce système, d'apparence simple, apparaît cependant comme essentielle pour une meilleure compréhension et description de l'évaporation de gouttes lors de la microencapsulation. Plusieurs modèles décrivant l'évaporation d'une goutte sphérique de liquide pur suspendue dans un milieu gazeux infini, de complexités différentes selon les hypothèses considérées, ont donc été développés sur base des équations de conservation de la masse et de l'énergie, et en incluant la prise en compte d'un changement de phase à l'interface. L'utilisation de ces modèles permet d'étudier les domaines de validité des hypothèses, notamment d'isothermie de la phase gazeuse et de la phase liquide, de non prise en compte de l’influence de l’hétérogénéité de la température du gaz sur les propriétés physico-chimiques du gaz ou d'évaporation purement diffusive. Le problème traité est considéré sous un angle nouveau, dans l'idée générale d'étudier une large gamme de conditions d'évaporation et de définir des critères permettant d'évaluer simplement la validité des hypothèses considérées. Une analyse des mécanismes physiques de l'évaporation est également proposée à partir des résultats obtenus avec les différents modèles développés. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Contrairement à la fabrication soustractive, la fabrication additive est un procédé permettant de produire des objets couche par couche. Ce processus permettrait de concevoir de nouveaux produits avec une géométrie complexe qui ne pourraient pas être fabriqués en utilisant des procédés traditionnels. Dans la majorité des cas, la fabrication additive demande des poudres aux propriétés très spécifiques afin d'obtenir des objets ayant les propriétés mécaniques souhaitées. C'est pourquoi l'atomisation au gaz est le procédé préférentiel pour produire des poudres. En effet, cette méthode permet d'obtenir des particules avec une géométrie régulière et exemptes d'oxyde conférant par la suite d'excellentes propriétés rhéologiques aux poudres produites. En revanche, d'un point de vue économique, l'utilisation de l'atomisation de l'eau pour produire des alliages ferreux pour le LPBF pourrait être très intéressante compte tenu de son taux de production beaucoup plus élevé et de ses coûts de production nettement inférieurs. Cette thèse s'attaque à l'utilisation de poudre d'acier à outil S7 produite par atomisation à l'eau pour la fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre. Afin de pouvoir substituer l'atomisation au gaz par l'atomisation à l'eau pour produire ce type de poudre, cette thèse optimisera le processus d'atomisation de l'eau ainsi que la chimie des alliages d'origine afin de maximiser la sphéricité des particules (morphologie) tout en minimisant la teneur en oxygène. Ainsi, des poudres d'acier à outils adéquates à la fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre pourraient être produites à une fraction du coût de celles obtenues par atomisation au gaz. De plus, afin de comprendre la relation entre l'écoulement de la poudre et les caractéristiques morphologiques des particules individuelles, l'intelligence artificielle est utilisée comme un outil afin d'établir des liens entre ces propriétés. Des micrographies des poudres produites ont été acquises en microscopie électronique à balayage pour être par la suite segmentées en particules individuelles. Les micrographies des particules individuelles où leurs paramètres morphologiques sont ensuite traités en utilisant l'intelligence artificielle pour corréler les informations collectées sur les particules individuelles avec les propriétés rhéologiques des poudres. Enfin, pour vérifier la pertinence de l'utilisation de poudre d'acier à outil S7 produite par atomisation à l'eau en fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre, les poudres produites par atomisation à l'eau ont été utilisées pour produire des pièces et déterminer leurs propriétés mécaniques tels que la résistance en traction, la ductilité et la résistance aux chocs. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur les relations entre les propriétés physiques des poudres et leurs propriétés rhéologiques mais également sur la faisabilité de l'utilisation de poudres atomisées à l'eau en fabrication additive sur lit de poudre. / Unlike subtractive manufacturing, additive manufacturing is a process for producing objects layer by layer. This process would make it possible to design new products with complex geometry that could not be manufactured using traditional processes. In the majority of cases, additive manufacturing requires powders with very specific properties in order to obtain parts with the desired mechanical properties. This is why gas atomization is the preferred process for producing powders. Indeed, this method makes it possible to obtain particles with a spherical morphology and exempt of oxide, subsequently conferring excellent rheological properties on the powders produced. On the other hand, from an economic point of view, the use of water atomization to produce ferrous alloys for laser powder bed fusion could be very attractive considering its much higher production rate and production costs significantly lower. This thesis investigates the use of S7 tool steel powder produced by water atomization for additive manufacturing by laser powder bed fusion. In order to be able to substitute gas atomization by water atomization, this thesis will optimize the water atomization process as well as the chemistry of the original alloys in order to maximize the particle sphericities (morphology) while minimizing the oxygen content. Thus, tool steel powders suitable for additive manufacturing could be produced at a fraction of the cost of those obtained by gas atomization. Moreover, to understand the relationship between powder flow and the morphological characteristics of individual particles, artificial intelligence is used as a tool to establish links between these properties. Micrographs of the powders produced were acquired by scanning electron microscopy to be subsequently segmented into individual particles. The micrographs of individual particles or their shape descriptors are then processed using artificial intelligence to corelate the information collected on individual particles with the rheological properties of powder specimens. Finally, to verify the suitability of using S7 tool steel powder produced by water atomization in laser powder bed fusion process, the powders produced by water atomization were used to produce parts and determine their mechanical properties such as tensile strength, ductility and impact toughness. This work provides new knowledge on the relationships between the physical properties of powders and their rheological properties, but also on the feasibility of using water-atomized powders in additive manufacturing on a powder bed.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 mars 2024) / La fabrication additive est une méthode de fabrication prisée pour la diminution de la consommation en matières premières et la capacité de fabriquer des pièces de géométries complexes. Or, la matière première couramment utilisée provient de l'atomisation au gaz ou de l'atomisation au plasma, ce qui engendre des coûts élevés. L'utilisation de poudres provenant de ces méthodes de fabrication est expliquée par l'obtention de particules sphériques contenant une faible concentration d'oxygène (< 0.05%-m.). L'atomisation à l'eau permettrait de diminuer les coûts de production des poudres. Toutefois, ces poudres seraient faites de particules de morphologie irrégulière et oxydées. Le principal objectif de notre étude est de quantifier la possibilité d'utiliser des poudres d'acier à outil produites par atomisation à l'eau dans un contexte de fabrication additive en lit de poudre. L'acier à outils A8 possède une haute ténacité, une bonne résistance à l'usure ainsi qu'une composition chimique intéressante pour limiter l'oxydation de la poudre lors de l'atomisation à l'eau. L'augmentation des propriétés rhéologiques ainsi que la diminution de la concentration d'oxygène des poudres sont réalisées lors de l'atomisation à l'eau et/ou lors de traitements secondaires effectués sur la poudre. Les traitements secondaires consistent en la sphéroïdisation au plasma, l'enlèvement de nanoparticules par nettoyage au bain ultrason et par frittage, l'addition de carbure de tungstène par sphéroïdisation au plasma et par frittage, le broyage ainsi que des traitements thermiques visant la réduction à l'oxygène. Les résultats de notre étude ont montré qu'il est possible d'utiliser des poudres atomisées à l'eau en fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre. Qui plus est, cette approche permet d'obtenir des pièces, dont les propriétés mécaniques rivalisant avec celles de pièces fabriquées à l'aide de procédés de fabrication conventionnelle telles que le forgeage ou le laminage. La possibilité d'impression serait toutefois augmentée en diminuant la concentration en carbone. L'ajout de carbure de tungstène lors de la sphéroïdisation au plasma et par diffusion via le prémélange + frittage permet d'obtenir une microstructure contenant des carbures de grande taille qui ne pourrait être incorporés autrement à une pièce d'acier à outil A8. / Additive manufacturing is sought after due to its possibilities in raw material reduction and its capacity to manufacture complex geometries. Currently, feed material for AM comes principally from gas or plasma atomization. Powders obtained by these processes are made of spherical particles that are characterized by their low oxygen content (< 0.05% wt.). Nevertheless, gas and plasma atomization are significantly more expensive of powder production than water atomization. Development of metal powders for AM produced by water atomization could bring significant advantages related to powder production rate and therefore cost reduction for alloys of interest able to be produced by this process. A8 tool steel possess high toughness, good wear resistance and an interesting chemical composition to limit powder oxidation during water atomization. Improving powder properties for AM could be done during the water atomization process and/or with post treatment on powders. Post treatments explored in this study are plasma spheroidization, ultrasonic bath cleaning, tungsten carbides addition, milling and heat treatment for oxygen reduction and sintering. The main findings of our study shows that the fabrication of A8 tool steel components by laser powder bed fusion AM with water atomized powders is possible and yields good mechanical properties that are similar to those obtained with wrought components. Printing possibilities could be improved by limiting carbon concentration in steel. Tungsten carbide addition achieve microstructures with coarse carbides otherwise out of reach.

L'injection liquide est un processus important dans beaucoup d'applications industrielles et plus spécifiquement au sein des moteurs à combustion. Beaucoup de méthodes RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) ont été développées, dans le cas de l'atomisation, aussi bien en utilisant le formalisme Lagrangien que Eulérien. Cependant, les simulations LES (Large Eddy Simulation) sont connues pour être plus précises et mieux représenter les phénomènes physiques dans le cas monophasique. Développer la LES pour le cas diphasique est donc naturellement une étape nécessaire à franchir. Cependant, la simulation de l'atomisation requiert un traitement spécial de l'interface. Deux cas limites sont traités dans la littérature : - L'interface peut être bien capturée par le maillage. A ces endroits la LES doit rejoindre les résultats de méthodes classiques utilisées en DNS comme les méthodes VOF ou level-set. Ceci est une approche nécessaire proche injecteur. - Le maillage ne permet plus de suivre fidèlement l'interface, lors de la création de plissements inférieurs à la taille d'une maille. Dans ce cas le calcul doit reproduire les résultats d'une LES considérant des structures et des gouttes inférieures à la taille de la maille. Cette approche est nécessaire loin de l'injecteur dans la zone dispersée. C'est dans ce cadre que le travail réalisé durant cette thèse s'articule : Le développement d'un modèle LES d'atomisation capable de passer continument d'une méthode à l'autre. La mise en œuvre de ce modèle a permis d'obtenir des résultats dans une configuration proche de l'injection Diesel, qui sont alors comparés à une base de données DNS.

L’atomisation assistée est un procédé de formation d’un spray de gouttelettes issu d’une nappe liquide sous l’action d’un courant gazeux à forte vitesse dans un injecteur. Ce procédé est très utilisé dans de nombreuses applications industrielles. Nous étudions la succession d’instabilités hydrodynamiques qui génère les gouttes du spray à l’aide d’une méthode LIF pour mesurer la fréquence des vagues et d’une sonde optique pour la granulométrie des gouttes. Nous validons expérimentalement un nouveau modèle de stabilité linéaire inviscide pour l’instabilité de cisaillement, intégrant un profil de vitesse avec déficit à l’injection. Des simulations numériques et un modèle spatio-temporel de stabilité linéaire sont utilisés pour mettre en avant de nouveaux mécanismes de déstabilisation, de croissance des vagues et de création de gouttes. Les lois d’échelles connues prédictives du diamètre moyen des gouttes en fonction du Weber gaz sont testées pour de nouvelles variables d’étude. / Assisted atomization is a process used to form a spray of droplets. A slow liquid phase is strippedby the action of a strong gas current in order to generate the spray. This process is used in manyindustrial applications. We study the succession of hydrodynamic instabilities generating dropletsby means of a LIF method to measure the frequency and growthrate of waves, and with an opticalprobe to measure drop size and velocity. We validate experimentally a model including an interfacialvelocity deficit in the inviscid stability analysis. Experiments are compared to numerical simulationsand spatiotemporal stability analysis results : the confrontation of these three approaches is used tobring forward new mechanisms of destabilization, growth of waves and creation of drops. We assessthe influence of liquid thickness and dynamic pressure ratio on the dependency of the mean dropletdiameter with the Weber number.

Les brouillards d'eau ont démontré leur excellente efficacité dans la lutte contre l'incendie. Le concept de tuyère à jet de brouillard permet de produire en continu un écoulement diphasique très finement dispersé (très grande aire interfaciale). Pour cela on réalise un mélange effervescent d'eau et de gaz sous pression (3 à 10 bars). Le mélange est détendu dans une tuyère de géométrie (profil) adaptée. Au cours de cette détente le gaz fournit un travail qui assure d'une part la propulsion du liquide et d'autre part son fractionnement en fines gouttelettes. L'écoulement sortant se présente alors sous forme d'un jet de brouillard rapide (50 à 150 m/s). L'objectif de ces travaux est le développement de modèles pour décrire la détente de l'écoulement en tuyère et le jet libre formé au-delà de la section de sortie. Différents instruments de mesure (granulométre, vélocimétre) sont mis en oeuvre pour permettre une confrontation avec les simulations numériques.

Thèse doctorat : Thermique et Energétique : Villeurbanne, INSA : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 172-177.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique des fluides : Toulouse, INPT : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 182 réf.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Nanozirconia ceramics have great potential to be used in a range of applications from dental implants to petrochemical valves due to their enhanced mechanical properties and superior hydrothermal ageing resistance. Unlike conventional ceramic components that are normally produced in large quantities with low costs using various conventional dry forming or wet forming methods, industry scale processing of nanoceramics has not yet been achieved. Concentration and granulation of nanostructured 3 mol% yttria stabilised zirconia via a spray freeze drying (SFD) technique was investigated to determine whether large scale dry forming of nanoceramics would be possible. Commercial nanosuspension with a primary particle size of 16 nm was concentrated to 55 wt% solids content using an electrosteric dispersant, β-alanine, whilst retaining low viscosities of ~20 mPa s at a 200 s-1 shear rate. The nanosuspensions concentrated using the β-alanine also displayed good ageing resistance and it has been proven that a large scale vacuum assisted rotary evaporator can be used to perform concentration in industry.