Mémoire--Institut universitaire de hautes études internationales--Genève, 1988. N°: 268. / Bibliogr. non pag.

Th.--Méd.--Paris, 1853. / Voyez tome , page . N ° . Paris, 1853. Thèse de Concours.

Th. doct.-ing.--Toulouse 3, 1977. N°: 589.

Th. 3e cycle--Gest. des entrep.--Nancy--I.N.P.L., 1978.

In aluminum production, carbon anodes that are made of petroleum coke, coal tar pitch and recycled carbon materials are used to provide carbon required for the electrolysis process. The anode quality directly affects not only the energy consumption and the production cost but also the emission of greenhouse gases. The raw materials quality has a significant effect on anode quality. The good quality anodes should have high density, low electrical resistivity, low air/CO2 reactivity as well as good mechanical properties. Pitch binds the solid particles together. The quality of raw materials can change depending on its source and the processes parameters used in the refineries. However, industry still has to produce good quality anodes. In general, good coke/pitch interaction results in better quality anodes. This study was undertaken to enhance the wettability of coke by pitch, with the objective of improving the anode properties, based on coke modification by adding additives and surfactants and to determine the effect of additives on anode quality. The results showed that the wettability of coke by pitch is dependent on the heteroatom containing functional groups present on the coke surface. The interaction between coke and pitch increases with increasing amount of heteroatom-containing functional groups. Thus, it is possible to improve the anode quality by modifying coke with additives. The study indicated that different cokes have different amounts of functional groups. Therefore, each coke has a different wetting behavior. It was found that, before modifying a coke, its surface chemistry should be taken into account for the determination of suitable additive type and amount. The surface functional groups of pitch are as important as those of the coke, however, this is outside the scope of this project. In this study, the effect of the contact time between the additive and the coke on the anode quality was also investigated, and a coke modification method was developed. Based on the experimental results, the anode quality improved more when the coke was pre-treated before it was mixed with pitch. Dans la production de l’aluminium, les anodes de carbone qui consistent en coke de pétrole, brai de goudron de houille et matériaux carbonés recycles fournissent le carbone requis pour le procédé d’électrolyse. La qualité des anodes affecte directement non seulement la consommation énergétique et le coût de production, mais aussi l’émission des gaz à effet de serre. La qualité des matières premières a un impact considérable sur la qualité des anodes. Les anodes de bonne qualité doivent avoir de haute densité, de basse résistivité électrique, de basse réactivité à l’air et au CO2 et de bonnes propriétés mécaniques. Le brai lie les particules solides ensemble. La qualité des matières premières peut varier dépendant de sa source et des paramètres des procédés utilisés dans les raffineries. Néanmoins, l’industrie doit produire des anodes de bonne qualité. En général, des fortes interactions entre le coke et le brai résultent en des anodes de meilleure qualité. Cette étude a été entreprise pour accroître la mouillabilité du coke par le brai, pour but d’améliorer les propriétés d’anodes, en modifiant le coke par l’ajout d’un additif ou un tensioactif et aussi pour déterminer les effets de l’ajout des additifs sur la qualité des anodes. Les résultats ont démontré que la mouillabilité du coke par le brai dépende des groupes fonctionnels, présents sur la surface du coke, qui contiennent des hétéroatomes L’interaction entre le coke et le brai augmente avec la quantité des groupes fonctionnels contenant des hétéroatomes. Donc, il est possible d’améliorer la qualité des anodes en modifiant le coke par des additifs. Cette étude a indiqué que les différents cokes ont des quantités différentes des groupes fonctionnels. Donc, chaque coke a un comportement de mouillabilité différent. On a trouvé que, avant de modifier un coke, sa chimie surfacique doit être considérer pour la détermination du type et de la qualité appropriés de l’additif. Les groupes fonctionnels du brai sont aussi importants que ceux du coke, mais cela n’est pas inclus dans la portée de ce projet. Dans cette étude, l’effet du temps de contact entre l’additif et le coke sur la qualité d’anodes est aussi examiné, et une méthode pour la modification de coke a été développée. Basé sur les résultats expérimentaux, la qualité de l’anode a amélioré plus lorsque le coke a été prétraité avant de le mélanger avec le brai.

The objective of the present work is to better understand chemical evolution of both solid and gaseous phases during torrefaction of various biomasses. Torrefaction experiments were carried out with a dynamic profile of temperatures between 200 and 300°C, under inert atmosphere, for pine, ash-wood, miscanthus and wheat straw. Mass loss and formation of condensable species were analyzed by TGA-GC-MS, and chemical evolution of solid phase was characterized by 13C CP/MAS solid-state NMR. Thirty condensable species could be detected; a half of these species were formed during the whole temperature range, and a third were formed by all biomass types. The main phenomena that occurred in solid phase were found to be decrystallization of cellulose, severe degradation of hemicellulose, devolatilization of acetyl groups, conservation of methoxyl groups and charring. It was also found that mass loss and chemical evolution of solid were not directly correlated for different biomasses. Based on the experimental results, a conceptual model was developed to describe biomass degradation duringtorrefaction. Thirty reactions were determined for the three major macromolecular constituents, namely cellulose, hemicellulose – represented by C5 and C6 sugars – and lignin – represented by H, G and S units. The main innovations of this model are in thedetailed approach of hemicellulose and lignin compositions, as well as in the prediction of sixteen condensable and five permanent species, and six forms of solid char, through chemically meaningful and stoichiometrically valid reactions.

Dans les pays à climat froid comme le Canada, la Norvège, la Russie, la Finlande, les États-Unis, la Chine et le Japon, l'accumulation de glace sur les équipements des réseaux électriques peut causer de sérieux problèmes résultant en des pannes d'électricité avec des conséquences socioéconomiques parfois désastreuses. Le revêtement de la surface des structures exposées au givrage atmosphérique avec des matériaux antigivre peut être un moyen efficace de les protéger contre l'adhésion et l'accumulation de glace ou de neige. Les revêtements ayant un angle de contact de l'eau supérieur à 150° ont fait l'objet de nombreuses études au cours de ces dernières années. Ces surfaces sont appelées superhydrophobe et sont préparées en combinant une rugosité de surface appropriée avec une faible énergie de surface. Dans ce travail de recherche, on a élaboré et étudié des revêtements hydrophobes plats et avec une micro-/nano-rugosité à base de caoutchouc de silicone où de la nanopoudre de noir de carbone, de dioxyde de titane et d'oxyde de cérium (« dopants ») avait été intégrée. Ces revêtements hydrophobes sont des candidats potentiels pour la protection d'équipements haute tension tels que les conducteurs et les isolants, contre les accumulations de glace ou de neige. Les propriétés hydrophobes des revêtements ont été évaluées et montrent une bonne incorporation des particules ajoutées au caoutchouc de silicone. Le comportement antigivre des différents revêtements a été étudié dans des conditions de givrage atmosphérique. Les revêtements superhydrophobes préparés avec des nanoparticules de TiO2 et CeO2 de constantes diélectriques différentes (TiO2 ~80, CeO2: ~60) ont permis de réduire la force d'adhérence de la glace par au moins sept fois par rapport à un échantillon d'aluminium poli miroir et environ neuf fois par rapport à un échantillon d'aluminium brut. Le comportement de petites gouttelettes d'eau au cours de leur congélation a été étudié sur des surfaces nanostructurées composites et sur des surfaces planes. À environ - 15 °C, de petites gouttelettes d'eau ont gelé sur de l'Ai poli après environ cinq secondes, ce qui a pris -12-13 minutes sur des surfaces nanocomposite superhydrophobes. Cela s'explique par les propriétés isolantes des surfaces rugueuses qui piègent une quantité importante d'air dans leur structure. Par conséquent, les revêtements ainsi préparés sont prometteurs pour des applications industrielles sur des équipements haute tension, y compris les isolateurs, car ils peuvent en réduire l'accumulation de glace tout en diminuant le risque de leur contournement électrique.

L'accumulation de la glace et de la neige mouillée sur les structures, notamment sur les équipements des réseaux aériens de transmission et distribution de l'énergie électrique, est un problème grave pour les régions soumises au givrage atmosphérique. Pour contrer ce problème, différentes techniques de dégivrage et d'antigivrage ont été développées. Cependant, la plupart des techniques actuellement utilisées, appelées méthodes actives de déglaçage, sont utilisées là où les accumulations de glace ou de neige sont considérables. De nouvelles méthodes, plus efficaces, consistant en la création de revêtements anti-givres ou glaciophobes pour inhiber ou retarder l'accumulation de glace gagnent en popularité. La corrosion des surface métalliques devrait être également prise en compte parce que le métal ou les alliages métalliques sont soumis à un environnement humide et agressif, et donc le développement de tout revêtement glaciophobe sur les surfaces d'aluminium est étroitement lié à la protection anti-corrosive du métal. Par conséquent, les efforts pour préparer des revêtements (une couche ou multi-couches) sur des substrats polis d'AA6061 et AA2024 combinant à la fois réduction de l'adhésion de la glace et une meilleure résistance à la corrosion ont été réalisés dans ce travail de recherche. Les stabilités des revêtements en milieu aqueux et leurs propriétés glaciophobes furent systématiquement étudiées. Par conséquent, ce travail de recherche a tenté d'étudier l'influence de la rugosité de la surface sur les propriétés glaciophobes et de l'hydrophobicité de ces surfaces. Tous les revêtements élaborés ont montré une perte graduelle de leurs propriétés hydrophobes après environ 1000 h d'immersion dans l'eau. La corrosion des surfaces a également été observée, sauf pour les surfaces traitées avec des revêtements de conversion permanganate, ce qui a fourni une bonne protection anti-corrosive. Toutes les surfaces planes avec revêtement ont montré des valeurs de contrainte de cisaillement (détachement de glace) au moins -1. 5 fois inférieures comparées aux surfaces non- revêtues (poli miroir de Al) et environ ~ 2 fois inférieures à celles d'échantillons bruts. Les valeurs des facteurs de réduction d'adhérence (FRA) ont diminué après 12 événements de givrage/dégivrage, ce qui implique une certaine dégradation des revêtements. Tous les échantillons à relief inégal super-hydrophobes ont donné des valeurs de contrainte de cisaillement au moins ~ 4 à 7 fois plus faibles que celles obtenues sur les surfaces d'échantillons bruts de Al. Après 24 expériences de givrage/dégivrage, toutefois, la force d'adhérence de la glace a augmenté de manière significative sur ces surfaces par un facteur de ~ 2 après 24 cycles de givrage/dégivrage. En outre, toutes les surfaces plates et rugueuses revêtues ont progressivement perdu leurs propriétés hydrophobes après presque chaque cycle de givrage/dégivrage. La capacité de détachement de glace de tous les échantillons testés a été évaluée en fonction du temps. Nos études montrent, donc, qu'il est possible de préparer des revêtements qui offrent une adhérence réduite de glace sur les surfaces en aluminium avec certains degrés de protection contre la corrosion.

Les composites à matrices métalliques (CMM) ont intéressé l'industrie de l'aluminium (Al- AI2O3, Al-SiC) à cause de la supériorité de leurs propriété mécaniques comparée à celles d'alliage d'aluminium. Les composites d'aluminium-BziC (CMM) sont devenue importante pour l'industrie de l'aluminium à cause de leurs utilisations dans des applications de haute performance telles que le stockage de rejets nucléaires radioactifs, les avions et les structures aérospatiales, dues à leur capacité d'absorber des neutrons, leur légèreté, leur haute résistance et leur rigidité. La production des matrices métalliques (CMM) de B4C- aluminium n'est pas une tâche facile à cause de la faible mouillabilité de B4C par l'aluminium. De plus, B4C n'est pas stable quand il est en contact avec l'aluminium. Les analyses de l'interface basées sur la microscopie optique et la microscopie électronique à balayage ont indiqué la formation des particules d'A^BC et d'AlB2 autour de la particule de B4C. Cette réaction est incessante et elle a comme conséquence l'épuisement de la concentration de B4C, la diminution de la fluidité de la fonte et la détérioration de ses propriétés mécaniques et physiques. Pour empêcher la perte de B4C, le Ti est ajouté à l'aluminium. Le Ti a de l'affinité à réagir avec B4C et forme une couche protectrice autour de la particule. Les objectifs du projet sont d'étudier la mouillabilité des systèmes B4C/aluminium et B4C/alliage d'aluminium-titane et d'identifier d'autres éléments d'alliage potentiels pour protéger B4C. Les expériences de mouillabiîité sont effectuées pour mesurer les angles de contact de B4C aussi bien que ceux des produits de réaction entre les éléments d'alliage et B4C. Aussi, l'effet de la teneur en Ti de l'aluminium sur la mouillabilité de B4C a étém étudié. Les résultats des expériences montrent que l'addition de titane et de zirconium à l'aluminium a un effet positif fort sur le mouillage entre les particules de B4C et le métal liquide. Afin de comprendre les effets que la réaction produit sur la mouillabilité, les angles de contact entre les produits de la réaction (particules de TiC, T1B2, AIB2 and AI4C3) et l'aluminium ont été mesurés à 750°C et 850°C. Les résultats démontrent également que la mouillabilité de B4C augmente avec la température et le temps de contact. On a constaté que les particules de l'Allé disparaissent avec l'addition de Ti et de nouvelles particules en forme d'aiguille (T1B2) riches en Ti se forment autour des particules de B4C. Celles-ci agissent comme une barrière qui isole le B4C de la matrice d'aluminium. On observe également que la formation d'A^BC diminue avec l'augmentation de la teneur en Ti. Cependant, si on continue d'augmenter la teneur en Ti, des plaques intermétalliques d'AOTi se forment ce qui réduit la mouillabilité. Cette étude a démontré qu'il y a une teneur en Ti optimale où le mouillage est le meilleur. Cette valeur semble être autour de 1.5%Ti. L'augmentation de la teneur en Ti au delà de cette concentration détériore le mouillage. L'aluminium est une des industries principales au Canada et au Québec, et les résultats de cette étude aideront à améliorer la qualité du produit grâce au transfert de la technologie vers l'industrie.

Dans le cadre de la maîtrise en Ingénierie de l'Université du Québec à Chicoutimi (UQAC), ce mémoire présente une étude portant sur les principaux paramètres susceptibles d'améliorer la clarté d'une suspension de boue rouge par floculation. Ce travail de recherche a été réalisé en collaboration avec le Groupe de Recherche Universitaire en Séparation Solide Liquide (GRUSSL) de l'UQAC et le Centre de Recherche et de Développement Arvida (CRDA) du groupe Alcan. Tous les essais de floculation ont été effectués suivant la méthodologie du test du cylindre. Cette méthodologie permet d'estimer l'efficacité de l'étape de décantation du procédé Bayer. Trois mesures importantes sont déterminées par cette méthodologie : la vitesse de sédimentation, la clarté du liquide surnageant (exprimé en mg/L) et le pourcentage de solides dans le sédiment final. Évidemment, des corrélations sont observées entre les résultats obtenus par ce test et ceux obtenus pour les decanteurs en usine. L'objectif principal de ce projet était de réduire la quantité de matières particulaires en suspension dans la surverse à un niveau inférieur à ceux retrouvé actuellement en usine. Pour arriver à réaliser une étude comparative sur la clarté d'une surverse, la méthodologie du test du cylindre a été optimisée afin de réduire la variabilité des mesures de vitesse de décantation pour des essais effectués dans les mêmes conditions expérimentales. L'optimisation de la méthodologie du test du cylindre a permis de réduire considérablement la variabilité des mesures de vitesse. Des écarts de 5% et moins sont maintenant obtenus pour des vitesses de sédimentation entre un polymère d'essai et un polymère témoin. Les essais de clarté ont été réalisés en deux parties : une première partie des essais a été effectuée aux conditions d'opération retrouvées en usine, au niveau des décanteurs secondaires ou laveurs, et la seconde partie des essais a été réalisée aux conditions d'opération retrouvées en usine, dans les decanteurs à haut rendement (DHR). Les variables à l'étude sont le type d'agents de floculation, le dosage et la séquence d'injection des polymères, la concentration en matières particulares de la suspension et la concentration des solutions de polymère. Au niveau des décanteurs secondaires, l'augmentation de la concentration de la solution de polymère ainsi que de la concentration en matières particulares de la suspension ont permis de mettre en évidence une amélioration notable de la clarté d'une surverse. La double addition de polymère s'est révélée très efficace puisqu'elle a permis d'atteindre l'objectif principal. Cette addition a permis de réduire de moitié la clarté d'une surverse. Toutefois, l'amélioration la plus significative de la clarté a été obtenue avec la triple addition de polymère. Le meilleur résultat obtenu pour la clarté est de 2,2 mg/L En usine, les mesures de clarté se situent généralement entre 150 et 200 mg/L avant l'étape de filtration du procédé. Après l'étape de filtration en usine, cette mesure est d'environ 10 mg/L. La triple addition de polymère est donc très efficace pour réduire la clarté d'une surverse. Au niveau des décanteurs à haut rendement, l'augmentation de la concentration en matières particulaires de la suspension a également permis de mettre en évidence une amélioration significative de la clarté de la surverse. Pour cette partie des expérimentations, l'amélioration la plus notable de la clarté d'une surverse a également été obtenue avec la triple addition de polymère. Le meilleur résultat obtenu pour la clarté est de 11,6 mg/L. La triple addition de polymère est par conséquent très efficace, à deux différentes conditions d'opération, puisqu'elle permet d'atteindre un niveau de clarté équivalent ou inférieur à ceux obtenus en usine après l'étape de filtration dans le procédé Bayer.