Academic dissertation--Department of physical chemistry--Åbo akademi University, 2004. / Bibliogr. p. 61-64.

Th. doct.-ing.--Lille 1, 1979. N°: 235. / Rés.

Cette étude se situe dans le contexte industriel de l’utilisation de superplastifiants pour la réalisation de bétons haute performance. Pour mieux comprendre le mode d’action des molécules fluidifiantes nous avons utilisé un système modèle constitué de suspensions de particules de carbonate de calcium l’une commerciale et constituée de microparticules et l’autre synthétisée au LPMC et constituée de nanoparticules. L’étude a porté sur cinq molécules organiques : quatre de type polyméthacrylates greffés polyoxyéthylène (PCP) avec des longueurs de greffons différentes et un diphosphonate polyoxyéthylène : OPTIMA100. La caractérisation des grandeurs pertinentes des fluidifiants comme leurs complexations vis-à-vis des ions ; leurs degré d’ionisation, leurs tailles, leurs affinités avec le solvant ou encore leurs capacités d’adsorption sur les surfaces a été effectuée. D’importantes différences d’efficacité de ces fluidifiants vis-à-vis de la rhéologie et de la sédimentation des deux types de suspension ont été mises en évidence. Ces différences de comportements on été interprétées grâce à la caractérisation effectuée sur les fluidifiants et à la modélisation des forces interparticulaires. / This study deals with the industrial context where the superplasticizers are used to manufacture the high performance cements. To better understand the action mode of plasticizing molecules, we used a model system which consists of calcium carbonate particles suspensions: in one hand, commercial microparticles suspension, and in the other hand, self synthesized nanoparticles suspensions. The study focuses on the use of five organic plasticizers: four types of polymethacrylates grafted polyoxyethylene (PCP) with different lengths of grafts, and a diphosphonate polyoxyethylene (OPTIMA100).Characterization of the plasticizers relevant parameters such as their complextation with the ions, their ionization degree, their size, their affinity with the solvent and their adsorption ability on the particles surfaces was performed. Significant differences in the effectiveness of these thinners regarding to the rheology and sedimentation of the two types of suspension were identified. These discrepancies in the behavior were interpreted by means of; the characterization performed on the thinners, and modeling of interparticle forces.

L'apparition des efflorescences sur une construction cimentaire est un phénomène naturel. Il s'agit de la formation d'un dépôt blanc de carbonate de calcium à la surface du matériau, suite à son exposition à des conditions climatiques particulières. Ce phénomène conduit uniquement à une détérioration esthétique qui peut néanmoins engendrer des problèmes économiques importants, car source de litiges client-fournisseur.<br />Cette étude se propose de mieux comprendre ce phénomène, afin de l'atténuer. Pour ce faire, un protocole d'apparition contrôlée des efflorescences primaires a été mis au point, et a été associé à une méthode de quantification des efflorescences.<br />L'atténuation des efflorescences par la substitution d'une partie du ciment par un produit pouzzolanique a été étudiée. L'utilisation de produits très différents a permis d'identifier, à travers de nombreuses caractérisations, les propriétés de ces pouzzolanes qui leur permettent d'atténuer le plus efficacement les efflorescences.

Le procédé industriel pour purifier des solutions concentrées de chlorure de sodium consiste en la précipitation des ions calcium sous forme de carbonate de calcium et des ions magnésium sous forme d'hydroxyde de magnésium. Ces impuretés étant en faible concentration, la précipitation est menée en réacteur à lit fluidisé en présence d’une forte charge solide. La maîtrise de la qualité du précipité, constitué. Dans un premier temps, une méthode analytique fiable est développée pour déterminer quantitativement la composition d’un mélange de polymorphes : la spectroscopie Raman associée à une méthode de résolution de courbes. Ensuite, la précipitation du carbonate de calcium en réacteur fermé permet d’identifier les paramètres clés du procédé pour maîtriser la composition polymorphique. A partir de ces résultats, un nouveau procédé de purification en réacteur continu à lit fluidisé est conçu et mis en œuvre. L’étude expérimentale réalisée dans celui-ci permet de définir les paramètres opératoires conduisant à une parfaite maîtrise de la qualité du précipité et une conduite optimale de la purification / The purification process of sodium chloride solutions consists of the precipitation of Ca2+ and Mg2+ ions as calcium carbonate and magnesium hydroxide. The impurity content is low, so the best results can be obtained when the precipitation takes place in a fluidized bed reactor where the solid concentration is high. The improvement of the precipitate quality, mainly composed of CaCO3, is necessary for the good running of the process, thus the control of the calcium carbonate polymorphism is essential. First, a reliable method for the quantitative determination of the polymorphic composition using Raman spectroscopy combined with multivariate curve resolution is developed. Then the key parameters which control the polymorphic. composition are identified through the experiments carried out in a batch reactor. Based on these results, a new process using a fluidized bed reactor is designed and experimentally tested. From these experiments, the optimal operating conditions allowing a high level of purification and a very good solid/liquid separation are determined

Les nanoparticules ultrafines de carbonate de calcium (NPCC) dont la taille n'excède pas 100 nm peuvent trouver leur utilisation dans un large spectre d'applications. En effet, elles se sont révélées importantes comme additif efficace dans l'industrie papetière et dans l'industrie plastique. Récemment, les NPCC ont ouvert la voie à la libération contrôlée de molécules bioactives. Le développement de NPCC synthétisées spécifiquement pour des besoins particuliers est un nouveau secteur de recherche innovateur qui vient renforcer le domaine déjà attractif des nanotechnologies. L'objectif principal de ce projet de maîtrise est de synthétiser les nanoparticules de carbonate de calcium par différentes méthodes à savoir par précipitation en phase aqueuse, par emulsion simple et par double emulsion. L'effet de paramètres opératoires tels que la vitesse d'agitation, le temps d'agitation, la température et les concentrations en ions calcium et carbonate sur la taille et la morphologie des particules synthétisées a été évaluée. Les particules synthétisées ont été caractérisées par diffraction de rayons X (XRD), microscopie électronique par transmission (TEM) et par analyse thermogravimétrique (TGA). La calcite et l'aragonite sont les principaux polymorphes obtenus tels que révélés par les analyses XRD. L'augmentation du temps d'agitation fait diminuer la taille des particules. L'effet de la vitesse d'agitation se traduit par une diminution de la taille des particules entre 300 et 14000 rpm où la taille minimale est atteinte. Au-delà de cet intervalle, le phénomène d'agrégation produit une augmentation de taille des particules. L'élévation de la température conduit à l'augmentation de la taille des particules par modification de la solubilité de la calcite et l'apparition de l'aragonite à partir de 80°C. Les concentrations des ions calcium et carbonate sont les paramètres clés dans le contrôle de la taille des NPCC à cause du degré de saturation qu'ils apportent en solution. En effet, une augmentation de la concentration d'ions calcium conduit à une diminution de la taille des NPCC alors que le contraire est observé avec celle des ions carbonate.

Dans les pays à fort risque sismique, les fondations bâties sur un sous-sol trop meuble peuvent avoir des conséquences désastreuses. En effet, dans certain cas, les mouvements sismiques provoquent des tassements, en particulier lorsque les sous-sols granulaires sont saturés en eau. Ce phénomène dit de liquéfaction ou perte de la résistance des sols, résulte de la montée de la pression interstitielle de l'eau lorsque les vibrations sismiques tendent à tasser les grains les uns contre les autres. Pour éviter l'effondrement des édifices, le génie civil renforce la résistance mécanique des terrains plus ou moins perméables, en procédant à des injections de matériaux par le biais de forages. Afin d'améliorer les procédés de consolidation des sols, une nouvelle technique compte apporter une réponse en utilisant des cristaux de carbonate de calcium précipités in situ par voie microbiologique. La précipitation bactérienne du carbonate de calcium peut s'accomplir par l'hydrolyse de l'urée, via l'enzyme uréase. Ceci conduit à l'alcalinisation du micro environnement, permettant la précipitation d'ions carbonates en présence d'ions calcium. Sporosarcina pasteurii a été choisi car c'est un micro-organisme alcalinophile, non pathogène et détenteur de concentration intracellulaire élevée en uréase. L'objectif était d'utiliser industriellement ce micro-organisme pour son pouvoir calcifiant, afin d'améliorer la cohésion des grains de sol, en milieu saturé, sans en obturer la porosité. Trois axes de recherche menés conjointement, ont été définis pour ce travail de préindustrialisation du procédé de bio consolidation in situ. Le premier axe a été l'obtention d'un milieu de production de biomasse, industriel, permettant de stabiliser l'accession aux fortes activités enzymatiques. Cette étape est indispensable du fait des exigences d'application du procédé sur le chantier, éloignées des conditions physiologiques de la bactérie S. pasteurii. Il a été vital de décoder les modalités et la composition d'un milieu de culture industriel propre à favoriser la production de S. pasteurii et d'uréase. Ce travail a établi les principaux paramètres de suivi de culture et leur signification physiologique. Il a permis d'étudier la régulation de la synthèse de l'enzyme uréase et de proposer un modèle de régulation chez S. pasteurii. Le second aspect de recherche s'est attaché à créer une solution calcifiante à partir d'un mélange d'urée et de sel de calcium. Des colonnes de sable fin ont été utilisées pour évaluer l'impact, sur la bio calcification, de deux sources de sel de calcium, le nitrate et le chlorure de calcium. Les résultats mettent en avant, l'existence d'une réduction de la vitesse d'hydrolyse en présence d'ion calcium et l'absence de différence significative de résistance à la compression (RC) entre les deux sels. D'autre part, lorsque les activités enzymatiques d'hydrolyse sont moindres, le processus de bio calcification, paraît plus stable et efficace. De nombreuses images au microscope électronique à balayage (MEB) ont confirmé ces résultats. Enfin, une amélioration du procédé vient de la proposition d'une solution calcifiante, additionnée de très faibles quantités de matière organique, afin de favoriser l'élongation des cristaux de carbonate de calcium dans les zones inter-granulaires. Le troisième axe a été la mise en place pour une application en chantier, d'un protocole d'injection en colonne de sable fin d'une suspension de biomasse suivie d'une solution calcifiante. Ces travaux ont permis d'identifier, une corrélation entre les zones de dépôt de biomasse et les portions de sable consolidés, ainsi que les principaux facteurs responsables de l'hétérogénéité de la bio calcification. La densité cellulaire et la granulométrie bactérienne définissent par filtration mécanique et physicochimique un premier profil de distribution de la biomasse en milieu poreux. En fonction du niveau d'activité enzymatique et de la qualité de la suspension bactérienne injectée, la solution calcifiante interagit en précipitant sous forme de flocs et en amenant un changement local de viscosité. Pendant l'injection, l'écoulement des fluides redéfinit le premier profil de biomasse par un lessivage au sein du système poreux. La granulométrie du sable et la vitesse d'injection influencent également le lessivage. Grâce à ces travaux, l'hétérogénéité de la bio-calcification a été diminuée en intégrant dans le protocole d'injection, des temps d'arrêt d'injection pour l'immobilisation des fluides.

On retrouve CaCO3 dans de nombreux matériaux du Vivant, comme par exemple le corail, les carapaces et les coquilles de différents crustacés et mollusques. La croissance des différentes formes allotropiques de CaCO3 , aragonite, calcite et vatérite, en présence de molécules biologiques, est influencée en terme d'organisation cristalline, de microstructure et d'ordre à grande échelle (texture et ultrastructure). La voie électrochimique a été choisie dans ce travail pour sa vitesse de formation de dépôt ainsi qu'un bon contrôle des paramètres instrumentaux. Nous avons sélectionné l'aragonite dans le dépôt ainsi que sa croissance texturée rappelant celle de la nacre de Haliotis tuberculata tuberculata avec toutefois une orientation cristalline moins prononcée. Une croissance en plaquettes pseudo-hexagonales orientées, présentant un double-maclage et une orientation d'environ 60° les unes par rapport aux autres, rappelle les observations faites sur les nacres de différents mollusques. Une étude par diffraction des rayons X sur des dépôts obtenus en présence de chitosan et de molécules organiques extraites de nacres naturelles montre leur influence sur la texture cristalline, les mailles de l'aragonite et les groupements carbonate. Le décalage de l'atome de carbone par rapport au plan des oxygènes de ce groupement révèle la déformation induite par les molécules durant la croissance cristalline. Cette étude montre que par une approche minérale-organique synthétique, on peut se rapprocher des processus conduisant à la croissance d'organo-cristaux naturels, pour la texture, la distortion de mailles, la structure et le faciès cristallin.

Cette thèse s'est inscrite dans le cadre du projet ACACIA (Amélioration du CAptage du CO2 Industriel et Anthropique) soutenue par le pôle de compétitivité AXELERA et financé par " FUI " et " LE GRAND LYON ". Notre objectif était d'immobiliser l'anhydrase carbonique dans des gels inorganiques, en particulier la silice afin de préserver la structure de l'enzyme, sa fonctionnalité et de la protéger de l'environnement physico-chimique environnant. Pour cela, des essais préliminaires simples nous ont permis d'élaborer et de construire une cellule, comprenant membrane polymérique poreuse imprégnée de solution enzymatique aqueuse, ou de gel de silice lui-même imprégné de solution aqueuse d'enzyme. A partir de ce montage, nous avons étudié des paramètres importants de la membrane, comprenant un tampon, sa nature, molarité et son pH, ainsi que la taille des pores de la membrane et la concentration en enzyme. Il a été trouvé qu'un tampon à base de bicarbonate permet de déplacer l'équilibre de déprotonation du CO2(aq) vers un pH plus élevé, par l'apport des ions HCO3- équilibrés par des cations comme Na+, et favorise une contribution plus importante à la diffusion du CO2 à travers la membrane. Nous avons également observé que quelque soit le gaz de captage (100 % et / ou 10 % de CO2), le tampon et le type de membrane, une perméance maximum a été observée pour une concentration en enzyme de 0.2 mg mL-1.

Cette étude se situe dans le contexte industriel de l'utilisation de superplastifiants pour la réalisation de bétons haute performance. Pour mieux comprendre le mode d'action des molécules fluidifiantes nous avons utilisé un système modèle constitué de suspensions de particules de carbonate de calcium l'une commerciale et constituée de microparticules et l'autre synthétisée au LPMC et constituée de nanoparticules. L'étude a porté sur cinq molécules organiques : quatre de type polyméthacrylates greffés polyoxyéthylène (PCP) avec des longueurs de greffons différentes et un diphosphonate polyoxyéthylène : OPTIMA100. La caractérisation des grandeurs pertinentes des fluidifiants comme leurs complexations vis-à-vis des ions ; leurs degré d'ionisation, leurs tailles, leurs affinités avec le solvant ou encore leurs capacités d'adsorption sur les surfaces a été effectuée. D'importantes différences d'efficacité de ces fluidifiants vis-à-vis de la rhéologie et de la sédimentation des deux types de suspension ont été mises en évidence. Ces différences de comportements on été interprétées grâce à la caractérisation effectuée sur les fluidifiants et à la modélisation des forces interparticulaires.