Les travaux de recherche présentés dans cette thèse sont orientés vers la compréhension des mécanismes réactionnels propres aux produits pétroliers tels que les lubrifiants et les graisses par analyse thermique. La technique d’analyse thermique principalement utilisée était la calorimétrie de réaction. Dans un premier temps, une étude approfondie de la réponse instrumentale a été conduite. Une nouvelle méthode d’étalonnage a été proposée en se basant sur l’étalonnage par effet Joule. Avec ce type de correction, une étude cinétique plus précise peut alors être conduite, elle permet en outre d’étudier la cinétique de mécanisme complexes comme celles rencontrées avec les produits pétroliers. Dans un second temps, l’étude de la neutralisation de l’acide sulfurique par un lubrifiant marin a été effectuée. Cette étude a permis de développer une méthode d’analyse de routine permettant de comparer l’efficacité d’un lubrifiant à neutraliser une quantité précise d’acide sulfurique. Il devient alors possible d’estimer le temps nécessaire pour neutraliser l’acide afin d’éviter qu’il n’endommage l’intégrité des parties métalliques sensées être protégées par le lubrifiant marin. Une étude cinétique du phénomène de neutralisation, par l’intermédiaire des méthodes isoconversionnelles, a permis d’avoir une indication sur le modèle réactionnel pilotant ce mécanisme. Pour finir, l’influence du choix des paramètres tels que la température, les vitesses de chauffe où les temps de cuisson de graisse, a été étudié par en mêlant des techniques d’analyses thermique et rhéologiques. / The research work presented in this thesis are oriented on the understanding of reactional mechanisms occurring in the field of oil products, such as lubricants and greases, by thermal analysis. The main thermal analysis technique used was the reaction calorimetry. Firstly, the instrumental response study of the calorimeter was led. A new calibration method have been proposed, this method is based on the calibration by Joule effect. From this correction, a more accurate kinetic evaluation can be done in order to study the complex mechanisms as those met with oil products. In a second time, the study of the neutralization of sulfuric acid by a marine cylinder lubricant was carried out. This work allowed to develop a routine analysis method to compare the lubricant ability to neutralize a precise amount of sulfuric acid. The time estimation is important to determine the frequency of lubricant replacement and to avoid the damage on the metallic parts. A kinetic study of the neutralization phenomena using isoconversional kinetic method, allowed to obtain the reactional model. Finally, the influence of parameters choice such as temperature, heating rate or cooking time have been evaluated by thermal and rheological analysis. Greases have been produced in a reaction calorimeter using a stirring system specifically developed. Information obtained allow to choose accurately the parameters used during the manufacturing processes in order to save time and decrease production costs.

La première partie rapporte la caractérisation de prototypes de chambre MICROMEGAS en tests sous faisceaux et en laboratoire. L'étude détaille notamment l'efficacité de détection, la multiplicité de la réponse et dépendance du gain du détecteur vis à vis des conditions environnementales. Dans la seconde partie, La détection d'un boson de jauge Z', prédit par différends modèles de types Randal-Sundrum est étudiées dans le cadre de l'expérience CLIC. Le canal considéré implique l'émission du Z' par une paire de quarks top. Le Z' se désintègre ensuite en particules de matière noire. / The first part of the thesis reports on the characterisation of MICROMEGAS prototypes in beam and laboratory tests. Detection efficiency, response multiplicity and detector gain dependency against environmental conditions are detailed. In the second part, the detection of a Z' gauge boson predicted by a Randal & Sundrum inspired model together with a dark matter candidate (nu') is investigated in the framework of the CLIC experiment. The considered channel involves a top quark pair emmiting the Z' which, in turn, decays into nu', anti-nu'.

L'objectif de cette étude est d'analyser l'évolution des propriétés calorimétriques et diélectriques d'un élastomère silicone lorsque des nanoparticules de silice (SiOx) y sont incorporées. L'obtention de ces nanocomposites a été réalisée par malaxage mécanique.<br />Les effets de la quantité (de 1 à 10% en poids) des nanoparticules de silice (15 nm de diamètre) sur les températures de transition vitreuse, de cristallisation et de fusion ont été analysés par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) de –160°C à 20°C.<br />Ces analyses ont montré que les nanoparticules sont sans effet sur la température de transition vitreuse (–127,5°C). En revanche, la température de cristallisation se décale vers des températures d'autant plus basses que l'ajout de nanoparticules dans la matrice augmente.<br />Les analyses en spectroscopie diélectrique ont été réalisées sur la bande de fréquence [1mHz – 1MHz] et dans la plage de température [–150°C; 160°C]. A basse température les résultats obtenus par DSC ont été confirmés. Les études dans les hautes températures ont permis d'identifier une relaxation de type Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) plus importante pour les nanocomposites. Une importante diminution de<br />la conductivité est observée avec l'augmentation de la quantité de nanoparticules incorporée. Ce résultat montre l'intérêt de l'ajout de nanoparticules dans des élastomères silicones pour le renforcement de l'isolation électrique.

L'objectif de la thèse est de développer des méthodologies d'étude et de caractérisation permettant de modéliser l'évolution du comportement de polymères thermodurcissables lors de leur mise en œuvre par le procédé de Moulage par Transfert de Résine (RTM).<br />La première partie donne une description globale de ce procédé et du savoir-faire actuel en matière de modélisation. Elle met en évidence la nécessité d'une modélisation précise des comportements cinétique et chimiorhéologique du polymère thermodurcissable utilisé.<br />Les travaux réalisés dans ces deux domaines sont ensuite présentés et illustrés par la caractérisation d'un système composite modèle dicyanate-ester / fibres de verre.<br />La deuxième partie concerne la modélisation des cinétiques de réticulation et a pour finalité de développer les méthodes de caractérisation par calorimétrie, ces dernières apparaissant comme une étape charnière entre les connaissances en chimie des thermodurcissables et la modélisation du procédé RTM.<br />Enfin, la dernière partie regroupe les travaux réalisés dans les domaines de la rhéologie et des écoulements. Ceux-ci concernent à la fois la caractérisation de la perméabilité des renforts, l'étude de la chimiorhéologie et le suivi in situ des propriétés rhéologiques au cours du procédé par spectrométrie diélectrique.

Le système catanionique CTAOH - C13COOH - H2O étudié forme des colloïdes de charge contrôlée<br />lorsque les tensioactifs sont mis en solution. Le diagramme de phase établi ici présente des agrégats particuliers<br />(micelle, vésicule, disque, phase lamellaire). L'étude de la CMC a fait apparaître des interactions<br />fortes entre monomères : le coefficient d'interaction est de -10kT. Du point de vue microscopique, nous<br />avons montré par diffusion couplée WAXS et WANS que les chaînes alkyl s'organisent suivant un réseau<br />hexagonal et que les têtes ioniques conservent un ordre liquide. Par ailleurs, les liaisons hydrogène<br />participent à la cohésion du système, et les propriétés mécaniques de la membrane sont assez proches<br />de celles d'un phospholipide. Les mesures des compressibilités par propagation acoustique et cuve de<br />Langmuir nous ont permis d'estimer le module d'Young à 100MPa. L'analyse calorimétrique par DSC a<br />montré que la transition de fusion de chaînes dépend de la composition de l'échantillon.

Ce travail vise à définir les apports de la microcalorimétrie AC pour l'étude simultanée de la thermodynamique et de la cinétique dans les macromolécules. Ce manuscrit s'ouvre par une description thermodynamique et cinétique d'un système en transformation. Les principales méthodes calorimétriques sont ensuite exposées, puis la conception du calorimètre est détaillée – cahier des charges, capteur, chaîne de mesure. De très petit volume utile (5 µl), le dispositif permet une mesure de capacité calorifique AC apparente avec une résolution ?C/C = 10-6. Sa fréquence de travail est ajustable entre 0,05 et 5 Hz. Grâce à cette très large gamme de fréquence disponible, le dispositif permet de réaliser des expériences de spectroscopie thermique. On présente un exemple de simulation d'un système simple, puis les principaux résultats expérimentaux obtenus. Des effets de cinétique et d'irréversibilité sont observés sur plusieurs types de transition, sur un polymère (PTFE) et un liquide organique (cyclohexane). La dénaturation par la chaleur d'une protéine globulaire, observée sur 25 µg de protéine, en fait un bon candidat pour une étude en fréquence par cette méthode.

La modélisation de la nature (minéralogie, composition) et de la dynamique du manteau terrestre nécessite la connaissance des propriétés de ses minéraux constitutifs à haute pression (HP, 1-135 GPa) et haute température (HT, 1000-3000K). En particulier, les grandeurs thermodynamiques (enthalpies de formation, entropies, volume, ... ) contrôlent la stabilité des minéraux dans l'espace pression-température. Dans une première approche dite "macroscopique", les capacités calorifiques de la forstérite et de ses analogues, du pyrope et du spinelle sont mesurées par calorimétrie à HT. Les données de dilatation thermique et de compressibilité sont tirées de mesures de volume à HP et HT. On dispose alors d'un ensemble de données qui permet de mettre en évidence, pour la plupart de ces minéraux, un comportement anharmonique à HT. Dans une seconde approche "microscopique", les propriétés thermodynamiques d'un minéral sont calculées par modélisation vibrationnelle à partir de ses spectres infrarouge et Raman. Une méthode originale de mesure de l'anharmonicité est développée, fondée sur l'enregistrement des spectres vibrationnels à HP et HT. On montre alors pourquoi et comment les valeurs des capacités calorifiques s'écartent à HT de la limite prédite par une théorie harmonique. Cette méthode "microscopique" originale, qui ne nécessite que quelques milligrammes de matière, est ainsi développée et testée sur des matériaux pour lesquels elle peut être confrontée aux données "macroscopiques" (e.g. calorimétrie). Elle pourra dans l'avenir être appliquée aux phases de très haute pression du manteau terrestre, dont la métastabilité et les faibles quantités synthétisées empêchent la caractérisation par les méthodes classiques "macroscopiques".

La recherche de nouveaux matériaux énergétiques performants nécessite la connaissance de plusieurs données thermochimiques, notamment l'enthalpie de formation, avant tout projet de synthèse. La grande majorité des molécules énergétiques se trouvant en phase solide, le but de cette thèse est de développer une méthode de contribution de groupes permettant d'évaluer les enthalpies standard de formation de composés solides contenant des atomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et surtout d'azote. L'objectif fixé est d'obtenir des erreurs d'estimation inférieures à 500 J.g-1. Deux démarches ont été mises en parallèle : l'une directe et l'autre indirecte. La conclusion de la comparaison de ces deux méthodes est que l'approche directe est la plus satisfaisante. Les différentes recherches effectuées ont permis de montrer que les enthalpies de formation en phase solide de 75% des composés étudiés (soit 1 017 au total) sont représentées avec un résidu moyen de 5,7 kJ.mol-1. La moyenne quadratique calculée est de 298,4 J.g-1 (soit 1,7 fois inférieure à l'erreur maximale souhaitée). Les résultats observés grâce à la méthode établie sur de très nombreux composés, et notamment sur des molécules énergétiques, ont été comparés avec les résultats obtenus par d'autres techniques (méthodes de contribution de groupes et méthodes semi-empiriques). Un important travail expérimental a été mis en œuvre. Des mesures d'enthalpies standard de formation en phase solide de vingt-cinq composés organiques ont ainsi été réalisées par calorimétrie de combustion en bombe statique.

Le développement de nouveaux alliages pour l'industrie aéronautique nécessite la connaissance de leurs propriétés thermophysiques en phase liquide. Nous étudions ici la mesure de capacité calorique et de conductivité thermique par calorimétrie modulée sur des échantillons lévités en microgravité ou non. Une partie expérimentale décrit une expérience de lévitation sous rayons X permettant la visualisation de l'écoulement dans un échantillon métallique liquide. Les résultats d'une première série de mesure sont analysés et commentés. Puis une stratégie de simulation numérique est élaborée. Fondée sur une étude systématique des phénomènes physiques mis en jeu, elle est utilisée pour identifier les limitations des techniques de mesure actuelles. Une nouvelle technique de mesure, inspiré du génie des procédés, est proposée. Elle présente l'avantage de supprimer l'étape de calibration. Sa validité est démontrée par simulation numérique. Des recommandations pour son implémentation physique sont proposées.

Le vide, de part sa nature et le rôle qu'il joue dans la description des phénomènes de infiniment petit comme ceux de infiniment grand, sert de fil conducteur pour introduire les différents travaux expérimentaux présentés dans ce manuscrit. En partant de infiniment petit, la préparation à la recherche de nouvelle physique au-delà du modèle standard de physique des particules est exposée avec le prototypage d'un calorimètre à argon liquide pour l'expérience ATLAS. Puis la recherche de supersymétrie avec violation de la R-parité auprès du détecteur ALEPH est présentée. Le modèle standard de la cosmologie est ensuite détaillé avec l'apparition de la mystérieuse énergie noire qui est à l'origine de l'accélération actuelle de notre univers. Cette accélération peut être mesurée grâce aux observations de supernovæ du sondage SNLS qui est présenté avec ses différentes phases : recherche des supernovæs puis mesure des paramètres cosmologiques et du taux d'explosion des supernovæ de type Ia.