L’objectif principal de la thèse a été d’identifié expérimentalement les comportements mécaniques et rhéologiques de milieux granulaires dans un environnement à complexité croissante. En particulier, je me suis intéressé aux phénomènes de fluage sous contrainte en essayant de mieux comprendre l’impact des vibrations et la présence d’une faible quantité d’eau piégée entre les pores. J’ai monté un système cissométrique permettant de réaliser des tests mécaniques de fluage. Une originalité de mon montage a été de mettre au point un système de lit fluidisé qui, en alliant flux d’air et vibration, m’a permis de fabriquer des empilements à compacité initiale contrôlée. J’ai étudié les propriétés fondamentales de fluage sous contrainte d’un empilement granulaire de billes de verre de taille d = 200μm sous le seuil de Coulomb. Cette étude a mis en évidence que les seuils de Coulomb varient fortement avec la compacité, mais en plus, on a mis en évidence une contrainte appelée " contrainte de première rupture " qui traduit des réorganisation internes dans l’empilement et qui est d’environ 1/3 de la contrainte seuil maximale. En outre, grâce à la précision de la mesure de déformation, on a obtenu les réponses élastiques à de petits cycles en contrainte et on a établi que le module cisaillement élastique G augmente linéairement en fonction de la compacité, en accord avec le modèle d’élasticité non-linéaire de Hertz (modèle de champ moyen). Nous avons réalisé aussi une étude paramétrique complète du fluage en variant systématiquement la compacité et la contrainte de cisaillement. Notre étude sur les seuils de contrainte, l’élasticité effective et la dynamique de fluage, a été prolongée pour des empilements sous vibration générés par des transducteurs piézo-électriques enfouis sous la surface. Ce montage permet en outre par injection dans le granulaire d’un gaz saturé en vapeur d’eau, d’imposer sous un faible gradient thermique une condensation et d’obtenir une quantité contrôlée d’eau piégée dans l’empilement. Cette méthode permettra par la suite d’aborder le cas de granulaires cohésifs. / The main objective of the thesis was to identify experimentally the mechanical and rheological behavior of granular media in an environment varying in complexity. In particular, I was interested to creep phenomenon under stress in trying to understand better the impact of vibration and the presence of a small amount of water trapped between the grains. I set up a system to perform mechanical creep tests. Originality of my setup was the fluidized bed which uses air flow and vibration, and thus allows the control of the initial packing fraction. I studied the basic properties of creep strain of a granular resulting from a packing of glass beads of size d = 200 μm under the Coulomb threshold. This study showed that the Coulomb thresholds vary strongly with the packing fraction. In addition, it showed a stress called "the first rupture", that results from internal reorganizations in the granular medium and which is approximately 1/3 of the maximum stress threshold. Moreover, thanks to the precision of measuring deformation, we obtained the elastic response with small stress cycles, and we found that the shear elastic modulus G increases linearly with the packing fraction, in agreement with the model of nonlinear elasticity of Hertz (mean field). We performed a parametric study of creep in varying the packing fraction and shear stress. In all cases, we found the dynamics of logarithmic strain for long times. Our study on stress threshold, the elastic modulus and dynamics of creep, has been extended to granular medium under vibration generated by piezoelectric transducers buried under the surface. A small amount of water can be added and thus modifies the mechanical properties by the presence of capillary bridges. Preliminary experiments show the dependence of the Coulomb threshold of the elastic response and dynamic creep with an amount of water content.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Diss.--Chimie--Göteborg--Université de Göteborg, 2001. / Bibliogr. p. 63-70. Index.

Akademisk avhandling--analytical and marine chemistry--Göteborg university, 2002. / Bibliogr. p. 48-54.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La compréhension des mécanismes de transport et du comportement des radionucléides dans la biogéosphère sont nécessaires à l’évaluation des risques sanitaires et environnementaux de l’industrie nucléaire. Ces mécanismes sont contrôlés par la spéciation des radioéléments, c’est-à-dire leur répartition entre leurs différentes formes physico-chimiques dans l’environnement. Dans cette optique, cette thèse traite de la spéciation de l’uranium en milieu naturel. La biogéochimie de l’uranium a fait l’objet d’une synthèse bibliographique détaillée, qui a permis de restreindre le sujet à la complexation de l’uranium par l’acide oxalique, un acide organique hydrophile fréquemment rencontré dans les sols et doté de bonnes propriétés de complexation. L’établissement de diagrammes de spéciation à partir des constantes de complexation de la littérature a permis de définir les conditions analytiques de formation des complexes. Le choix de la technique analytique s’est porté sur le couplage d’une technique séparative (chromatographie liquide LC ou électrophorèse capillaire EC) à la spectrométrie de masse (ICPMS). La présence des complexes étudiés dans les échantillons synthétiques a été vérifiée par spectrophotométrie UV/visible. Les analyses menées par LC-ICPMS ont prouvé la labilité des complexes uranyle-acides organiques, c’est-à-dire leur propension à se dissocier pendant l’analyse, ce qui empêche une détermination fiable de la spéciation de l’uranium. En revanche, l’étude des complexes labiles d’un système métal-ligand par ECICPMS a été rendue possible par l’emploi de la méthode d’affinité, permettant de déterminer les constantes de complexations et les mobilités électrophorétiques. Cette thèse a permis de comparer les différentes méthodes de traitement mathématique de l’isotherme de complexation et de prendre en compte la force ionique et la concentration réelle du ligand. La méthode d’affinité a été employée avec succès sur les systèmes lanthane-oxalate, pris comme modèle, et uranyle-oxalate. Les résultats obtenus ont été validés sur un système naturel (site du Bouchet). Ceci montre l’apport de la méthode mise au point dans la modélisation de la spéciation de l’uranium. / To understand the transport mechanisms and the radionuclides behaviour in the biogeosphere is necessary to evaluate healthy and environmental risks of nuclear industry. These mechanisms are monitored by radioelements speciation, namely the distribution between their different physico-chemical forms in the environment. From this perspective, this PhD thesis deals with uranium speciation in a natural background. A detailed summary of uranium biogeochemistry has been written, which enables to restrict the PhD issue to uranium complexation with oxalic acid, a hydrophilic organic acid with good binding properties, ubiquitous in soil waters. Analytical conditions have been established by means of speciation diagrams. The speciation diagrams building by means of literature stability constants has allowed to define the analytical conditions of complex formation. The chosen analytical technique is the hyphenation of a separative technique (liquid chromatography LC or capillary electrophoresis CE) with mass spectrometry (ICPMS). The studied complexes presence in the synthetic samples has been confirmed with UV/visible spectrophotometry. LC-ICPMS analyses have proved the lability of the uranyl-organic acid complexes, namely their tendency to dissociate during analysis, which prevents from studying uranium speciation. CE-ICPMS study of labile complexes from a metal-ligand system has been made possible by employing affinity capillary electrophoresis, which enables to determine stability constants and electrophoretic mobilities. This PhD thesis has allowed to compare the different mathematical treatments of binding isotherm and to take into account ionic strength and real ligand concentration. Affinity CE has been applied successfully to lanthanum-oxalate (model system) and uranium-oxalate systems. The obtained results have been applied to a real system (situated in Le Bouchet). This shows the contribution of the developed method to the modelling of uranium speciation.

The aim of this thesis is concerned with the influence of sliding velocity on capillary adhesion at the nanometer scale. In ambient conditions, capillary condensation which is a thermally activated process, allows the formation of a capillary meniscus at the interface between an atomic force microscope (AFM) probe and a substrate. This capillary meniscus leads to a capillary force that acts as an additional normal load on the tip, and affects the adhesion and friction forces. The Atomic Force Microscopy (AFM) offers interesting opportunities for the measurement of surface properties at the nanometer scale. Nevertheless, in the classical imaging mode, limitations are encountered that lead to a non stationary state. These limitations are overcome by implementing a new AFM mode (called Circular AFM mode). By employing the Circular AFM mode, the evolution of the adhesion force vs. the sliding velocity was investigated in ambient conditions on model hydrophilic and hydrophobic surfaces with different physical-chemical surface properties such as hydrophilicity. For hydrophobic surfaces, the adhesion forces or mainly van der Waals forces showed no velocity dependence, whereas, in the case of hydrophilic surfaces, adhesion forces, mainly due to capillary forces follow three regimes. From a threshold value of the sliding velocity, the adhesion forces start decreasing linearly with the logarithm increase of the sliding velocity and vanish at high sliding velocities. This decrease is also observed on a monoasperity contact between a atomically flat mica surface and a smooth probe, thus eliminating the possibility of the kinetics of the capillary condensation being related to a thermally activated nucleation process as usually assumed. Therefore, we propose a model based on a thermally activated growth process of a capillary meniscus, which perfectly explains the experimental results. Based on these results, we focused on directly investigating with the Circular mode the role of capillary adhesion in friction mechanisms. We investigated the influence of the sliding velocity on the friction coefficient, and a decrease following three regimes, similar to the sliding velocity dependence of the capillary adhesion, was observed for hydrophilic surfaces that possess a roughness higher than 0.1 nm. Whereas, an increase of the friction coefficient was observed on hydrophilic (Mica) or hydrophobic (HOPG) atomically flat surfaces that posses a roughness lower than 0.1 nm. However, in this latter case, the three regimes are not established. Finally, on a rough hydrophobic surface, the friction coefficient was sliding velocity independent. A direct comparison with capillary adhesion behavior with the sliding velocity is expected to give new insights to explain this interplay.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.