Les travaux de cette thèse portent sur des méthodes de volumes finis sur maillages quelconque pour la discrétisation de problèmes d'évolution non linéaires modélisant le transport de contaminants en milieu poreux et les écoulements diphasiques.Au Chapitre 1, nous étudions une famille de schémas numériques pour la discrétisation d'une équation parabolique dégénérée de convection-reaction-diffusion modélisant le transport de contaminants dans un milieu poreux qui peut être hétérogène et anisotrope. La discrétisation du terme de diffusion est basée sur une famille de méthodes qui regroupe les schémas de volumes finis hybrides, de différences finies mimétiques et de volumes finis mixtes. Le terme de convection est traité à l'aide d'une famille de méthodes qui s'appuient sur les inconnues hybrides associées aux interfaces du maillage. Cette famille contient à la fois les schémas centré et amont. Les schémas que nous étudions permettent une discrétisation localement conservative des termes d'ordre un et d'ordre deux sur des maillages arbitraires en dimensions d'espace deux et trois. Nous démontrons qu'il existe une solution unique du problème discret qui converge vers la solution du problème continu et nous présentons des résultats numériques en dimensions d'espace deux et trois, en nous appuyant sur des maillages adaptatifs.Au Chapitre 2, nous proposons un schéma de volumes finis hybrides pour la discrétisation d'un problème d'écoulement diphasique incompressible et immiscible en milieu poreux. On suppose que ce problème a la forme d'une équation parabolique dégénérée de convection-diffusion en saturation couplée à une équation uniformément elliptique en pression. On considère un schéma implicite en temps, où les flux diffusifs sont discrétisés par la méthode des volumes finis hybride, ce qui permet de pouvoir traiter le cas d'un tenseur de perméabilité anisotrope et hétérogène sur un maillage très général, et l'on s'appuie sur un schéma de Godunov pour la discrétisation des flux convectifs, qui peuvent être non monotones et discontinus par rapport aux variables spatiales. On démontre l'existence d'une solution discrète, dont une sous-suite converge vers une solution faible du problème continu. On présente finalement des cas test bidimensionnels.Le Chapitre 3 porte sur un problème d'écoulement diphasique, dans lequel la courbe de pression capillaire admet des discontinuité spatiales. Plus précisément on suppose que l'écoulement prend place dans deux régions du sol aux propriétés très différentes, et l'on suppose que la loi de pression capillaire est discontinue en espace à la frontière entre les deux régions, si bien que la saturation de l'huile et la pression globale sont discontinues à travers cette frontière avec des conditions de raccord non linéaires à l'interface. On discrétise le problème à l'aide d'un schéma, qui coïncide avec un schéma de volumes finis standard dans chacune des deux régions, et on démontre la convergence d'une solution approchée vers une solution faible du problème continu. Les test numériques présentés à la fin du chapitre montrent que le schéma permet de reproduire le phénomène de piégeage de la phase huile.

L'imbibition est d'une importance fondamentale dans de nombreuses applications technologiques et intervient par ailleurs dans de nombreux phénomènes naturels (industrie textile, industrie pharmaceutique, érosion des sols ....). Malgré l'importance de ce phénomène, la description et la modélisation des mécanismes d'imbibition sont encore sujettes à discussion dans la littérature, en particulier, la prédiction des cinétiques d'imbibition à partir de la connaissance de la topographie du milieu poreux. L'objectif de ce travail de thèse a été de relier les cinétiques d'imbibition à la structure du milieu poreux imbibé. Pour cela, nous avons étudié l'imbibition capillaire (ou spontanée) en suivant une démarche expérimentale dans laquelle nous avons utilisé des substrats poreux modèles dont nous contrôlons le volume et la structure de pores. La configuration d'imbibition choisie dans ce travail est celle d'une goutte sessile (ou posée).Ces travaux ont permis de mettre en œuvre une technique de construction de pastilles macroscopiques, autosupportées et cohésives, par assemblage de microbilles de polymère. Ces systèmes modèles ont été utilisés pour étudier les cinétiques d'imbibition capillaire de liquides dans des supports tridimensionnels à structure de pores complexe en fonction de la taille des microbilles constituant la pastille poreuse, de la reconstruction thermique, de la perméabilité pour une structure poreuse bicouches et de la force capillaire. Ces études ont permis entre autres de mettre en évidence des régimes cinétiques et des transitions d'imbibition inattendues dans ces systèmes (régimes visqueux et inertiel).

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'hétérogénéité de la zone non saturée joue un rôle important dans le transfert d'eau et de soluté car elle accentue à la fois le développement des zones de stockage temporelles et les écoulements préférentiels. Par conséquent, la validation des modèles prédictifs nécessite le développement des outils expérimentaux spécifiques afin d'observer et de quantifier les mécanismes de transport impliqués dans un système non saturé hétérogène. Cette thèse vise à étudier l'effet combiné de la vitesse d'infiltration, de la barrière capillaire et l'angle de la pente d'interface entre deux matériaux sur les processus de l'écoulement de l'eau et du transport de soluté dans un modèle physique, le lysimètre de laboratoire 1x1x1.6 m3, nommé LUGH (Lysimeter for Urban Groundwater Hydrology) et un modèle numérique 3D de ce lysimètre. Le lysimètre LUGH est rempli par un sable fin et un mélange bimodal (50 % sable fin et 50 % gravier) en deux configurations: un profil uniforme de matériau bimodal ou un profil avec deux couches avec une pente de 14o. Ces agencements figurent l'hétérogénéité structurale et texturale observée sur un des sites expérimentaux de l'OTHU (Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine) : le bassin d'infiltration d'eaux pluviales Django Reinhardt géré par la ville de Lyon (France). Le lysimètre est alimenté en eau et avec un traceur inerte (bromure de potassium, KBr) sur une partie de la surface par un système d'arrosage automatique. Les effluents ont été recueillis dans quinze sorties différentes en bas du lysimètre. La forte hétérogénéité des flux des sorties et des courbes de percée souligne la mise en place des écoulements préférentiels résultant à la fois de l'effet de barrière capillaire et de l'effet de fond du lysimètre. A partir des résultats expérimentaux, la modélisation numérique à l'aide de logiciel COMSOL MultiphysicsTM a permis de mieux comprendre les mécanismes responsables de ces transferts hétérogènes. Lorsque le modèle numérique validé, un test de sensibilité a été conduit pour étudier les effets de la vitesse d'infiltration et de la pente de l'interface sur l'écoulement. Les résultats montrent que la diminution de la vitesse d'infiltration ou l'augmentation de la pente de l'interface favorisent le développement des écoulements préférentiels. Notre étude a donné également des renseignements pertinents sur le couplage entre les processus hydrodynamiques et le transfert des solutés dans les sols non saturés hétérogènes en soulignant le rôle de la géométrie des interfaces ainsi que celui des conditions aux limites comme des facteurs clés pour la quantification des écoulements préférentiels.

La détection de petites molécules est d'un grand intérêt dans les domaines pharmaceutique, environnemental, alimentaire et de la biologie clinique. Les aptamères, sélectionnés par la méthode SELEX (pour Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), sont des oligonucléotides qui se lient à une cible donnée avec une affinité et une spécificité importantes. L'objectif de ce travail est d'établir de nouvelles méthodologies analytiques basées sur l'utilisation des aptamères pour la détection de petites molécules. Dans un premier temps, une méthodologie par électrophorèse capillaire, dérivée du concept de déplacement du brin complémentaire de l'aptamère, est décrite pour la détection simultanée de plusieurs analytes dans un seul capillaire. La deuxième étude se focalise sur le développement d'un aptacapteur colorimétrique simple, rapide et peu coûteux, qui utilise le concept général de protection enzymatique de l'aptamère et les nanoparticules d'or en tant que système de transduction. Enfin, deux méthodes par polarisation de fluorescence, basées sur le concept de déplacement (du brin complémentaire ou de l'aptamère lui-même), sont présentées afin d'accroitre les potentialités des aptacapteurs dédiés à la détection des petites molécules.

L'intérêt grandissant porté au cours de ces dix dernières années aux monolithes organiques pour des applications électroséparatives se justifie en partie par leur préparation aisée au sein de systèmes miniaturisés, le large choix des monomères précurseurs disponibles, ainsi que la possibilité d'ajuster les paramètres structuraux du matériau final par un contrôle judicieux des conditions opératoires. Au cours de ce travail, la synthèse de nouvelles phases monolithiques a été mise au point selon une stratégie en deux étapes. Dans une première étape, la copolymérisation radicalaire photo-initiée du Nacryloxysuccinimide avec le diméthacrylate d'éthylène glycol réalisée en présence de toluène, a permis l'élaboration de monolithes macroporeux réactifs et hautement perméables. La présence d'esters de succinimide dans la structure chimique du monolithe polymère a été mise à profit pour fonctionnaliser la surface du monolithe par des greffons de nature variée par réaction de substitution nucléophile faisant intervenir des dérivés aminés. Le choix judicieux des greffons a permis la mise au point rapide de phases stationnaires présentant des propriétés électrochromatographiques ciblées. Ainsi, le contrôle du caractère hydrophobe des supports obtenus par greffage d'alkylamines de taille variable a été mis en évidence par la séparation de dérivés benzéniques selon un mécanisme à polarité de phase inversée avec de très bonnes efficacités (200000 plateaux par mètre). L'utilisation de phases stationnaires monolithiques greffées par des sélecteurs aromatiques a été proposée comme alternative aux monolithes aliphatiques hydrophobes. La synthèse de monolithes organiques hydrophiles a été possible par la fonctionnalisation du support réactif par des alkyldiamines. La préparation d'une phase stationnaire chirale a été réalisée selon une approche originale de chimie click consistant à immobiliser un dérivé de cyclodextrine. Dans le but d'étendre l'application des monolithes à base de NAS au greffage de biomacromolécules, une nouvelle matrice monolithique incorporant dans sa structure chimique un co-monomère hydrophile a été élaborée. Les résultats préliminaires ont montré que l'augmentation du caractère hydrophile du squelette monolithique permet d'accroître sensiblement la réactivité des esters de Nhydroxysuccinimide en milieu aqueux

Introduction : L'angiogenèse tumorale conduit au développement de nouveaux vaisseaux destinés à permettre la croissance de la tumeur. Les vaisseaux tumoraux sont caractérisés notamment par des anomalies des cellules murales (cellules musculaires périvasculaires), responsables d'anomalies de la fonctionnalité et de la maturation. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié un modèle tumoral de thérapie cellulaire par injection de cellules murales en IRM et vidéomicroscopie de fluorescence. Matériels et méthodes : Notre étude a porté sur un modèle sous cutané de carcinome épidermoïde chez la souris nude. Les animaux étaient divisés en trois groupes : contrôle (n=17), contrôle négatif (n=16) et " traité " avec injection locale de cellules murales humaines (n=17). Les animaux bénéficiaient d'une IRM et d'une exploration par vidéomicroscopie avant (J7) et après traitement (J14). Les paramètres mesurés étaient la taille tumorale (pied-à-coulisse et IRM), la densité microvasculaire (DMV par IRM, vidéomicroscopie et histologie), l'ADC, f, Dr et D* (IRM de diffusion), les variations de R2* sous air, oxygène et carbogène (IRM par effet BOLD) et " l'index leakage " (reflétant la perméabilité capillaire, en vidéomicroscopie). Résultats : Lors de la croissance tumorale, le groupe contrôle a montré une diminution des vaisseaux circulants (ou fonctionnels) qui se reflétait par une diminution du D* et du R2* sous air, une perte de la capacité à répondre au carbogène qui se reflétait par une augmentation du delta R2* sous carbogène, et une augmentation de la perméabilité capillaire qui se traduisait par un " index leakage " plus élevé. Dans le groupe traité par injection de cellules murales, nous avons observé un ralentissement de la croissance tumorale et une stabilisation de ces paramètres de microcirculation et maturation vasculaire. Conclusion : Nous avons montré un effet biologique de notre thérapie cellulaire par injection locale de cellules murales qui se traduisait par un ralentissement de la croissance tumorale, une stabilisation de l'hémodynamique microcirculatoire et de la maturation, et une perméabilité capillaire diminuée, concordants avec l'effet présumé stabilisateur et normalisateur des cellules murales sur les microvaisseaux.

Dans une démarche de valorisation des déchets, les granulats recyclés sont introduits dans la formulation des bétons pour donner naissance à de nouveaux bétons recyclés qui représentent l’objet du projet national RECYBETON et du projet ANR ECOREB. Cette thèse se concentre sur l’étude du béton frais et en particulier la maîtrise du retrait plastique et l’effet du degré de saturation initial des gravillons recyclés sur le comportement des bétons recyclés. Deux familles de bétons avec des rapports eau/ciment respectifs de 0,6 et 0,45 ont été testés en conditions endogènes ainsi qu’en dessiccation (Vvent = 8 m/s). Chaque famille de bétons est constituée d’un béton naturel de référence et de deux bétons recyclés différenciés pas le degré initial de saturation des gravillons recyclés (50 et 120 % de l’absorption nominale). Les résultats expérimentaux soulignent la capacité des gravillons recyclés initialement partiellement saturés à capter rapidement l’eau contenue dans la pâte de ciment, modifiant ainsi le rapport E/C, les propriétés rhéologiques du béton frais et les résistances mécaniques du béton durci. Après saturation en eau, si les conditions de séchage conduisent à un manque d’eau dans le béton, les gravillons recyclés peuvent fournir de l’eau à la pâte. Ils constituent donc un potentiel de cure interne. Le retrait plastique sous vent est explicitement lié au ressuage, au développement de la pression capillaire et à la fissuration. Le temps d’initiation de la fissuration dépend de la quantité d’eau totale dans le béton et de sa capacité à ressuer tandis que l’ouverture de fissure varie avec la valeur de retrait plastique mesurée. Dans cette étude, le développement de la pression capillaire est la cause de la fissuration qui apparaît dès l’entrée d’air dans le matériau poreux. Les différences de comportements les plus importantes sont observées entre bétons ayant une quantité d’eau totale différente plutôt qu’entre bétons naturel et recyclé. La compilation des résultats expérimentaux a permis de mettre sur pied des modélisations qui illustrent les comportements observés. Les pores concernés par l’entrée d’air dans les bétons recyclés et naturels au moment de la fissuration sont les plus gros pores de la pâte. Enfin, un couplage hygrothermique séchage-température du béton peut influer sur le démarrage de l’hydratation. / In the context of sustainable development, the reuse of construction and demolition waste is necessary to conserve nonrenewable natural aggregate resources, so recycled aggregates are introduced in concrete mix design. This is the aim of the national projet RECYBETON and the research project ECOREB. This study deals with the fresh concrete and more specifically with shrinkage control and the effects of the initial saturation degrees of recycled coarse aggregates on concrete behavior.Two concrete families, with two different water/cement ratios 0,60 and 0,45, are tested under endogenous and drying (wind speed equal to 8 m/s) conditions. Each concrete family contains a reference natural concrete and two recycled concretes. The initial saturation degree is the difference between them (recycled coarse aggregates saturated or semi saturated).Experimental results underline the capacity of non-saturated aggregates to quickly absorb water from cement paste, modifying the W/C ratio, rheological properties of the fresh concrete and the mechanical strength (at 28 days) of recycled concretes. After saturation in water, recycled aggregates can release water into the cement paste if the undergone drying conditions lead to a lack of water in the cement matrix. The recycled coarse aggregates can be seen as an internal curing potential.Experimental plastic shrinkage studies carried out under drying conditions highlight a link between bleeding, capillary pressure, plastic shrinkage and cracking. It should be pointed out that the initial cracking is dependent on the total quantity of water in the concrete and on its bleeding capacity. The opening cracks vary with the plastic shrinkage values measured during the test. The analysis of the results emphasize that the capillary pressure is the determining parameter and that the air entry value matches the cracks. The major behavior differences are found between concretes with different volumes of water rather than between natural and recycled concretes.Finally, the analysis of all the experimental results have allowed concrete modelling and understanding why concretes do not behave in the same way. When it cracks, the air come in the biggest pores of the concrete paste. Moreover, a hygrothermal coupling exists between the drying and the temperature in concrete. It can affect hydration start up.

Actuellement, il est largement reconnu que la durabilité des structures en béton armé, due à la corrosion des armatures engendrée par la carbonatation ou la pénétration des chlorures, peut être affectée largement par les conditions de cure et de serrage du béton coulé en place. Toutefois, les effets de ces conditions sur la qualité du béton ne sont pas encore entièrement comprises, puisqu'elles sont habituellement négligées (ou traitées superficiellement) dans les méthodologies actuelles de performance utilisées pour la spécification et contrôle de sa durabilité. Dans ce travail sont étudiés les effets des conditions habituelles de mise en place (y compris le serrage) et cure sur les propriétés de durabilité du béton, à savoir, la résistance à la carbonatation accélérée, le coefficient de migration des chlorures (dans des conditions non stationnaires), l'absorption d'eau et la perméabilité aux gaz (méthode CEMBUREAU). À cette fin, plusieurs bétons de différent composition, sans et avec cendres volantes, ont été soumis à deux principaux programmes expérimentaux. Dans le premier programme, trois bétons ont été soumis à une cure humide dans le laboratoire à différentes températures, entre 5 °C et 60 °C, et testés à différents âges, entre 28 et 182 jours, pour quantifier l'effet isolé de la température de cure sur les propriétés de durabilité du béton. Dans le deuxième programme, plusieurs éléments (dalles, poutres et poteaux) ont été coulés sur chantier, pendant l'hiver et l'été, après avoir été soumis à deux conditions différentes de serrage, vibré et non vibré, et démoulés à différentes à 24 h et 72 h. Les propriétés de durabilité du béton près de la surface et de cœur des éléments (propriétés réelles) ont ensuite été mesurées à différents âges, entre 28 et 364 jours, et comparées avec les propriétés des échantillons vibrés et curés en conditions normalisées (propriétés potentielles). / It is widely recognized that the long-term durability of reinforced concrete structures related to carbonation- and chloride-induced corrosion can be detrimentally affected by on-site placing and curing conditions of concrete. However, the effects of these conditions on concrete durability are still not fully understood, being usually overlooked in current performance-based specifications and control of concrete durability. In this work, the effects of realistic placing (including compaction) and curing conditions on the concrete durability-related properties most used in performance-based specifications are studied, such as the accelerated carbonation resistance, chloride migration coefficient (non-steady state conditions), water absorption and gas permeability (CEMBUREAU method). For that purpose, several concretes of different composition, with and without fly ash addition, were subjected to two main experimental programs. In the first program, the concretes were cured in the laboratory under several temperature regimes, ranging from 5 ºC to 60 ºC, and then tested at different ages, from 28 to 182 days, in order to evaluate the isolated effect of curing temperature on their durability-related properties. In the second program, several concrete elements (slabs, beams and columns) were cast outdoors, during the winter and summer, and subjected to different compaction (vibrated and not vibrated) and curing (demoulded after 24 h and 72 h) conditions. The durability-related properties of the inner and outermost concrete of the elements (actual properties) were then measured at different ages, from 28 to 364 days, and compared with those of standard specimens made of the same concrete (potential properties).

Cette thèse décrit diverses situations liées au transport fluidique aux nano-échelles. Le premier chapitre est une introduction à la nanofluidique qui contient une revue des longueurs caractéristiques, des forces et des phénomènes présents aux nano-échelles. Le deuxième chapitre est une étude de l'impact de la géométrie sur la perméabilité hydrodynamique d'un nanopore. Inspirée par la forme des aquaporines, cette étude suggère une optimisation possible pour des canaux biconiques. Le troisième chapitre est une étude du remplissage capillaire dans des canaux sub-nanométriques en carbone. Cette étude montre l'importance de la pression de disjonction induite par la structure du fluide sur le remplissage. Le quatrième chapitre est une étude d'une diode nanofluidique, un composant connu pour imiter le comportement d'une diode à semi-conducteur. On montre qu'un fort couplage entre l'eau et la dynamique des ions entraîne une rectification du flux d'eau à l'intérieur de la diode. Le cinquième et dernier chapitre est une étude de l'origine du bruit rose (1=f) communément observé lors des mesures de courant ionique dans les nanopores / This thesis discusses various situations linked to transport at the nanoscale. The first chapter is an introduction to nanofluidics, containing a review of characteristic lengths, forces, or phenomena existing at the nanoscale. The second chapter is a study of the impact of geometry on the hydrodynamic permeability of a nanopore. This study, inspired by the shape of aquaporins, suggests a possible optimisation of permeability for bi-conical channels. The third chapter is a study of capillary filing inside subnanometric carbon channels which highlights the importance of the disjoining pressure induced by the fluid structuring inside the nanochannel. The fourth chapter is a study of nanofluidic diode, a component known to mimic the behaviour of semiconductor diode. The study highlights a strong coupling between water and ion dynamics which leads to a water flow rectification inside the diode. The fifth and last chapter is a study of the origin of commonly observed pink noise (1=f) in ionic current measurements through nanopores