Dans le cadre du renouvellement du parc nucléaire, six modèles de réacteurs de 4ème génération ont été proposés, dont le Réacteur à Sels Fondus. Ce réacteur a la particularité d’utiliser un combustible à base de fluorures fondus, type LiF-ThF4. Pour développer ce concept, il est important de caractériser d’un point de vue structural ces mélanges de fluorures fondus, pour remonter aux propriétés physico-chimiques du combustible et optimiser ce procédé. Les systèmes fondus MF-ZrF4 (M = Li, Na, K), choisis comme modèle des systèmes au thorium, ont été étudiés expérimentalement par Résonance Magnétique Nucléaire et Absorption des Rayons X à hautes températures, ainsi que par calcul de dynamique moléculaire, en s’intéressant plus particulièrement aux environnements locaux du fluor et du zirconium. Afin d’interpréter les données RMN recueillies dans les milieux fondus, une étude préliminaire sur des halogénures de zirconium et des fluorozirconates de terres rares et d’alcalins solides a été menée par RMN du zirconium 91Zr et des corrélations structures/ paramètres RMN ont été établies. A haute température, dans les systèmes MF-ZrF4 on montre la coexistence de différents complexes du zirconium, avec des coordinences comprises entre 6 et 8, leurs proportions évoluant en fonction de la teneur en ZrF4 du mélange, et du type de l’alcalin. En fonction de la teneur en fluorure de zirconium, nous avons mis en évidence le rôle du fluor dans le bain fondu : fluor libre à faible teneur, il intervient progressivement dans la formation des complexes pour devenir pontant à plus haute teneur. Cette approche originale et innovante des systèmes fluorés fondus, combinant RMN et EXAFS à haute température, avec les calculs de dynamique moléculaire, s’avère particulièrement efficace pour leur description structurale, permettant ainsi de remonter à des données fondamentales, telles que leur spéciation ou leur fluoroacidité. / In the frame of the renewal of the different nuclear plans, the molten salt reactor is one of the six concepts of reactors of IVth generation. This reactor has the particularity to use a liquid fuel based on LiF-ThF4 mixtures. In order to develop and to optimize this concept, it is important to characterize the structure of the melt and to describe its physical and chemical properties. Our work has been based on the study of the system MF-ZrF4 (M = Li, Na, K) selected as a model of ThF4 based systems. We have combined two spectroscopic techniques, the Nuclear Magnetic Resonance and the X-ray Absorption at high temperature, with molecular dynamics calculations. We particularly focused on the local environnements of the fluorine and the zirconium. In order to interpret the NMR data obtain in the molten state, we performed a preliminary study on zirconium halides and rare earth and alkali fluorozirconates using the 91Zr solid-state NMR at very high magnetic fields. New correlations between structural parameters and NMR data have been established. At high temperature, in MF-ZrF4 melts we have shown the coexistence of three different kind of Zr-based complexes with different proportions depending on the amount of ZrF4 and on the nature of the alkali. Depending on the ZrF4 content, three kinds of fluorine have been characterized: form free fluorines at low amount of zirconium fluorides, fluorines involved in Zr-based complexes and bridging fluorines at higher ZrF4 content. This original and innovative approach of molten fluorides mixtures, combining NMR and EXAFS at high temperature with molecular dynamics calculations, is very efficient to describe their speciation and thus their fluoro-acidity.

Les chalcogénures sont des matériaux très prometteurs pour des applications dans divers domaines, comme l’enregistrement et la transmission des données, l’optique intégrée, les capteurs ou la médecine. Ceci est dû à leurs propriétés exceptionnelles, en termes de transparence dans l’infrarouge, effets photo-induits, grande solubilité pour les terres rares, ou contraste élevé des paramètres électriques et optiques lors d’un changement de phase. Pour beaucoup de ces applications, les chalcogénures doivent se présenter sous forme de couches minces. Une méthode efficace et flexible pour obtenir de telles couches est le dépôt par ablation laser (PLD).Dans cette thèse nous avons entrepris une étude systématique sur l’influence de divers paramètres, comme la longueur d’onde, la durée de l’impulsion ou la fluence du laser, la pression de dépôt et la distance cible-substrat, sur les propriétés des couches minces déposées. Deux familles de composés ont été étudiées : (GeTe)x(Sb2Te3)1-x (avec x = 0, 1/3, 1/2, 2/3, 1) et GaLaS (pur ou dopé avec des terres rares – Er et Pr). Une étude en spectroscopie optique d’émission a été également effectuée afin d’explorer la dynamique et l’énergétique du plasma créé par ablation laser. Les propriétés des couches minces ont été caractérisées par microscopie optique et électronique, profilométrie, diffraction de rayons X, spectroscopie Raman, ellipsométrie etc. Les principaux résultats indiquent de meilleures propriétés pour les couches déposées à faible longueur d’onde, courte durée d’impulsion et fluence modérée. Ils ouvrent la voie vers l’optimisation du processus PLD pour la croissance de couches minces de chalcogénures de manière contrôlée. / Chalcogenides are among the most promising materials for applications in various fields, like data storage and transmission, integrated optics, bio- and chemical-sensing, or medicine. This is due to their outstanding properties, in terms of wide infrared transparency, photo-induced effects, high rare-earth solubility or high contrast in electrical and optical parameters upon phase transformation. For many of these applications, processing of chalcogenides in form of thin films with required chemical composition and appropriate physical properties is necessary. Pulsed Laser Deposition (PLD) is one of the most efficient and flexible methods for the preparation of such multicomponent layers.In this thesis we performed a systematic study on the influence of various PLD parameters, like laser wavelength, pulse duration and fluence, background pressure and target-substrate distance, on the properties of deposited thin films. Two families of chalcogenide compounds were explored: (GeTe)x(Sb2Te3)1-x (with x = 0, 1/3, 1/2, 2/3, 1) and GaLaS (pure or doped with Er and Pr rare earths). Additionally, a time- and space-resolved optical emission spectroscopy study was performed in order to characterize the dynamics and energetics of the laser ablation plasma plume. The properties of the thin films were investigated by specific methods, as optical and electronic microscopy, profilometry, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, ellipsometry etc. The main results indicate better properties for samples deposited at lower wavelength, short pulse duration and moderate fluence. They open the way for the optimization of the PLD process for chalcogenide thin film growth in a controlled manner.

Pour faire suite aux études entreprises sur les éléments fluidiques proportionnels et digitaux, et pour mieux caractériser les écoulements qui y ont lieu, nous avons étudié le coefficient de décharge d'un fluide à travers un orifice en régime d'écoulement dynamique. La dépendance de ce coefficient vis à vis de la fréquence et de l'amplitude du signal pneumatique et, plus généralement, de la variation de différence de pression de part et d'autre de l'orifice, est mise en évidence. Par ailleurs, puisque nous avons été amenés à les utiliser au cours de l'étude, nous décrivons un nouveau type de générateur d'ondes sinusoïdales, une méthode de calibration d'anémomètre à fil chaud, et une méthode de dépouillement par calculateur numérique des résultats expérimentaux.

Cette thèse présente des résultats théoriques sur le chaos dans les systèmes quantiques. Dans sa première partie, nous étudions la dynamique du rotateur pulsé. Ce système, qui est la référence pour l'étude du chaos quantique, présente un gel de la diffusion en impulsion, appelé localisation dynamique. Celle-ci est un phénomène purement quantique basé sur des interférences destructives. Comme tout phénomène d'interférence, la localisation dynamique est affectée par l'émission spontanée. Dans cette thèse, nous proposons une méthode basée sur la spectroscopie Raman, pour limiter l'impact de l'émission spontanée. Nous menons une étude analytique complète de la dynamique, en très bon accord avec nos simulations numériques. Du fait de sa périodicité temporelle, le rotateur pulsé présente aussi des résonances quantiques, qui sont l'analogue de l'effet Talbot optique. En décrivant ces résonances dans l'espace des positions, nous en donnons une image simple et intuitive, basée sur des notions classiques comme la force. Les condensats de Bose-Einstein ont ouvert la voie à l'obtention de phénomènes quantiques nouveaux. La non-linéarité de leur équation d'évolution permet notamment l'observation du chaos quasi-classique. Nous proposons ici une méthode pour le détecter, basée sur la mesure de la position moyenne du condensat. Cette méthode, dont la validité est confirmée par les exposants de Lyapunov du système, permet de distinguer sans équivoque les trajectoires chaotiques et régulières. / This thesis contains theoretical results about chaos in quantum systems. ln its first part, we study the dynamics of the quantum kicked rotor. This system, which is paradigmatic of quantum chaos, exhibits dynamical localization, a decay of diffusion in momentum space. The latter is a purely quantum phenomenon, as it is based on destructive interferences. As aIl interference effects, dynamical localization is affected by spontaneous emission. ln this manuscript, we propose a method to decrease the effect of spontaneous emission, by using Raman spectroscopy. We perform a full analytical study in very good agreement with our numerical simulations. As a consequence ofits temporal periodicity, the kicked rotor also exhibits quantum resonances, the analogy of the optical Talbot effect. By describing them in position space, we provide a simple and intuitive image of the resonances, based on classical notions like force. Bose-Einstein has enabled the study ofunprecedented quantum phenomena. ln particular, the nonlinearity of their evolution equation has made possible the observation of quasi-classical chaos. Here, we propose a method to detect chaos, by measuring the averaged position of the condensate. This method enables us to clearly distinguish chaotic and regular trajectories. Its validity is confirmed by the calculation of the system Lyapunov exponents.

La thése poursuit les travaux de la théorie des Jeux évolutionnaires Cette théorie est un cadre de modehsation de la dynamique des populations dans lequel les interactions entre agents sont modélisées par des dilemmes classiques de la théorie des Jeux. Les agents interagissent avec leurs pairs et les meilleurs comportements se diffusent. les moins performants tendent à disparaître. Les modèles spécifiés mettent notamment en évidence des conditions sur les rapports inter-individuels qui permettent de faire émerger des équilibres coopératifs. En supposant que chaque agent a des relations non plus avec tous les agents de la population mais seulement avec un sous-ensemble des agents de la population et toujours avec les mêmes, on augmente considérablement le nombre des dynamiques possibles. Cette démarche fait apparaître un réseau des interactions,.soit un graphe. La contrainte spatiale s'avère une condition favorable au maintien des comportements coopératifs et de la biodiversité des comportements. L'analyse formelle de la convergence n'est généralement plus possible et les modèles sont étudiés par simulation. La these poursuit l'étude de l'impact de la répartition spatiale. Elle introduit un nouveau modèle de répartition spatiale où des communautés d'agents sont en réseau et non plus des agents. Ce modèle permet de mettre en évidence de nouvelles formes d'attracteurs coopératifs et de nouvelles conditions au maintien de la biodiversité. La thèse montre aussi la possibilité de convergence de marchés vers des équilibres non concurrentiels et de maintien de comportements coopératifs, des comportements de cartel / The thesis continues the work of Evolutionary Game Theory. This theory is a framework for modeling the dynamics of populations interactions betwcen agents are modeled by the classic dilemmas from Game Theory. The agents interaet with their peers. Best behaviors spread. less suecessful ones tend to disappear. Evolutionary Game Theory prondes conditions upon which cooperative behaviors can survive and cooperative equilibriums can appear. Assuming that each agent does not interact with all the others but only with a fixed group of neighbors greatly increases the number of possible dynamics. The relations between agents form a social network. Limitation of contacts between agents favors cooperative equilibrium and biodiversity. Nevertheless, formal approach to the models is no longer possible and they are studied through massive computer simulations. The thesis continues the study of the impact of social networks. lt introduces networks of communities, a new model where commnnities are networked rather than agents. This model exhibits new forms of eooperative convergence and new conditions to persistent biodiversity. The thesis also shows the possibility of convergence of markets towards non-competitive equilibriums and the survival of behaviors collectively able to reach cartel equilibrium, a particular form of cooperative equilibrium.

Le secteur des télécommunications a connu une évolution fulgurante cette dernière décennie avec la diffusion de nouvelles technologies et occupe une place importante dans l’économie des pays en développement. Il constitue de ce fait un enjeu important pour les autorités politiques, les régulateurs, les opérateurs de télécommunications, les fournisseurs d’équipements et de services connexes, les institutions financières et les acteurs sociaux.Brisant le monopole détenu par un opérateur historique, les réformes intervenues dans ce secteur à partir des années 1998 dans la plupart des états africains, ont permis l’instauration d’une concurrence régulée.Pour analyser cette évolution marquée par des relations instituées entre les différents acteurs de cette industrie et la performance de l’opérateur historique, l’Onatel, ce travail s’inscrit prioritairement dans le champ disciplinaire du management stratégique et mobilise l’approche des capacités dynamiques selon Teece (2007). Cette perspective est complétée par un cadre d’analyse de la dynamique institutionnelle qui combine les sciences politiques et l’économie industrielle selon Jullien et Smith (2008). A travers une étude exploratoire et une étude qualitative basées principalement sur des recherches documentaires et des entretiens semi-directs, ce travail a pour objet d’analyser l’évolution de l’opérateur historique des télécommunications au Burkina Faso dans son secteur d’activités.Malgré des contraintes d’ordre économique et règlementaire, l’opérateur historique a pu mobiliser des capacités dynamiques qui ont contribué à l’amélioration de ses performances et de sa position concurrentielle.Les résultats obtenus montrent que cet opérateur historique a pu développer une capacité d’adaptation au cadre juridique et réglementaire, une capacité de financement pérenne, une capacité d’acquisition et de développement des ressources et compétences du personnel, une capacité psychosociale et culturelle, une capacité d’évolution du métier et de la base de compétences, une capacité de reconfiguration de la structure et des processus et une capacité commerciale et marketing. Ces capacités ont été mobilisées dans le cadre de trois types de relations entre les acteurs, à savoir la relation conflit-coordination, la relation compromis-convention et la relation coopération-coercition. / The telecommunications sector has evolved dramatically over the past decades with the diffusion of new technologies and it has become a key activity in the economy of developing countries. As a result, the dynamics of this sector are of interest not only to the telecom operators and their suppliers of equipment and related services but also to political authorities, regulators as well as financial institutions and other social actors.From a position of monopoly on the part of a historical operator, major reforms were undertaken in this sector in most African states from 1998 onwards to introduce controlled competition.The evolution of the relationships between the various actors of this industry and the performance of the historical operator, Onatel, are analyzed primarily from a strategic management perspective using the model of dynamic capacities of Teece (2007). This perspective is further enhanced by the use of a framework that focuses on institutional dynamics and combines political science and industrial economics approaches (Julien and Smith, 2008).A qualitative, exploratory study was conducted by combining secondary data analysis and interviews with industry executives and experts in order to analyze how the historical operator of telecommunications in Burkina Faso repositioned itself during this period. Despite economic and regulatory constraints, Onatel was found to have developed dynamic capacities that contributed to the improvement of its performance and helped it establish a sustainable competitive position in the new market and network configuration.Specific capacities developed include adapting to the legal framework, developing long-term financing capacity, acquiring and developing employee resources and competences, psychosocial and cultural adaptation, reconfiguring core competences as well as associated structures and processes and, finally, commercial and marketing competencies. These capacities were mobilized within three forms of relationships that were evolving in parallel between the different types of actors in the sector, compromise-convention relationships, conflict-coordination relationships and co-operation-coercion relationships.

L'histoire séculaire des systèmes dynamiques puise ses originesdansle développement du cadre mathématique en astronomie.L'objet de cette thèse est l'étude de propriétés de la gravitation de ce point de vue de la dynamiqueà différentes échelles cosmologiques.Dans la théorie du potentiel, l'isochronie définit généralement le mouvement d'oscillation harmonique de pendules.En 1959, le mathématicien et astronome Michel Hénon étend cette définition afin de caractériser les oscillationsorbitales d'étoiles, autour du centre du système à symétrie sphérique auquel elles appartiennent.Dans ce cas, la période d'oscillation peut dépendre de l'énergie de l'étoile.Aujourd'hui, son potentiel isochrone est majoritairement utiliséen simulation numérique pour ses propriétés analytiques d'intégrabilité, mais demeure par ailleurs souvent méconnu.Dans cette thèse, nous revisitons la caractérisation géométrique de l'isochronie comme initiée par Michel Hénon etcomplétons ainsi la famille des potentiels isochrones en physique. La classification de cet ensemblesous l'action de divers groupes mathématiques met en évidence une relation privilégiéeentre les isochrones.Nous montrons alors la nature keplérienne intrinsèque aux isochrones, laquelle est au coeur dela nouvelle relativité isochrone que nous présentons.Les conséquences de cette relativité en mécanique céleste, à savoirla généralisation de la troisième loi de Kepler, celle de la transformation de Bohlin ou Levi-Civita,et le théorème de Bertrand, conduisent à l'analyse du résultat d'un effondrement gravitationnel.Une analyse isochrone est développée pour caractériser un état de quasi-équilibredesystèmes auto-gravitants isolés, comme certains amas stellaires ou galaxies dynamiquement jeunes,à partir de propriétés orbitales de leurs étoiles ou contenu physique.A l'échelle cosmologique, la dynamique de l'univers dépendde sa composition énergétique. Elle peut s'exprimer sous forme d'unsystème dynamique conservatif, bien connu en écologie pour décrire la dynamiquede populations variées. Ce modèle dit de Lotka-Volterra est exploité pour décrireun espacetemps globalement homogène et isotrope, dont les composantes peuventêtre en interaction non uniquement gravitationnelle.Dans cet univers jungle, des comportements dynamiques effectifs à grande échelle pourraient conduire à une expansionaccélérée de l'univers sans nécessité d'énergie noire. / Dynamical systems have a centuries-long history with roots going back to the mathematical development for astronomy. In the modern formalism, the present thesis investigates dynamical properties of gravitation at different astrophysical or cosmological scales.In potential theory, isochrony often refers to harmonic oscillations of pendulums. In 1959, the mathematician and astronomer Michel Hénon introduced an extended definition of isochrony to characterize orbital oscillations of stars around the center of the system to which they belong. In that case, the period of oscillations can depend on the energy of the star. Today, Michel Hénon’s isochrone potential is mainly used for its integrable property in numerical simulations, but is not widely known. In this thesis, we revisit his geometrical characterization of isochrony and complete the family of isochrone potentials in physics. The classification of this family under different mathematical group actions highlights a particular relation between the isochrones. The actual Keplerian nature of isochrones is pointed out and stands at the heart of the new isochronerelativity, which are presented together.The consequences of this relativity in celestial mechanics — a generalization of Kepler’sThird law, Bohlin or Levi-Civita transformation, Bertrand’s theorem — are applied to analyze the result of a gravitational collapse. By considering dynamical orbital properties, an isochrone analysis is developed to possibly characterize a quasi-stationary state of isolated self-gravitating systems, such as dynamically young stellar clusters or galaxies.At a cosmological scale, the dynamics of the universe depends on its energy content. Its evolution can be expressed as an ecological dynamical system, namely a conservative generalized Lotka-Volterra model. In this framework of a spatially homogeneous and isotropic spacetime, named Jungle Universe, the dynamical impact of a non-gravitational interaction between the energy components is analyzed. As a result, effective dynamical behaviors could account for an accelerated expansion of the universe without dark energy.

Ce mémoire de maitrise présente l'étude expérimentale, dans le cadre du projet Tr-Francis, de l'écoulement dans une turbine Francis de moyenne chute. Plus spécifiquement, les conditions d'opération hors design, allant de la charge partielle à la courbe de fonctionnement sans charge, sont étudiées lors d'une campagne d'essai visant à établir une cartographie préliminaire des phénomènes présents dans la turbine. L'identification de ces phénomènes repose sur la visualisation de la cavitation dans l'écoulement et l'analyse de signaux de pression. Un cône d'aspiration en acrylique permet la visualisation de l'écoulement depuis la sortie de la roue, tandis que l'accès optique à l'aval de la roue est assuré par un endoscope inséré dans une directrice spécialement conçue à cet effet. Des caméras haute vitesse sont utilisées pour visualiser l'écoulement dans les régions d'intérêt, dont l'éclairage est optimisé pour chaque configuration. Les images, acquises en synchronisation avec la position de la roue, sont par la suite analysées numériquement pour déterminer la position et l'intensité moyennes des phénomènes. Les signaux de pression, issus de capteurs dans le cône et dans l'entrefer, sont quant à eux traités dans les domaines temporel et fréquentiel pour identifier les structures présentes. Les données obtenues montrent que les phénomènes hydrauliques dépendent essentiellement du coefficient de débit. À charge partielle, la torche est présente dans le cône d'aspiration et engendre des fluctuations de pression à la fréquence de précession du phénomène. Différents types de tourbillons inter-aubes sont observés pour les régimes de fonctionnement à très faible charge, et notamment des tourbillons accrochés à la couronne de la roue au centre du canal inter-aubes et des tourbillons présents proche du bord d'attaque des aubes et qui se prolongent dans la roue proche de la ceinture. Au point de SNL, un refoulement de l'écoulement au bord de fuite des aubes de la roue provoque le blocage partiel du canal inter-aubes. L'intensité de cette zone cavitante dépend des conditions d'opération sur la courbe de fonctionnement sans charge. / This master's thesis presents the experimental investigation of the flow inside a medium head Francis turbine as part of the Tr-Francis project. Focus is put on off design operating conditions, from part load to the no-load curve, with the aim of providing a preliminary mapping of flow phenomena inside the turbine. Identification of these phenomena is based on high-speed flow visualization of cavitation and the analysis of pressure signals. An acrylic draft tube allows to see through and visualize the flow at the exit of the runner, while optical access from upstream of the runner is provided by a borescope inserted inside a custom-made guide vane. LED panels illuminate the region of interest. Flow visualizations, acquired in sync with the runner position, are then numerically analyzed to determine the mean position and intensity of these phenomena. Pressure signals, in the draft tube and the vaneless space, are processed in time and frequency domains to identify the structures in the flow. Data collected shows that flow phenomena are essentially dependent on discharge coefficient. At part load, a vortex rope is present in the draft tube and induces pressure fluctuations at the precession frequency of the phenomenon. Different types of inter-blade vortices are observed at deep part load operating conditions, and more specifically reverse flow vortices and incidence vortices. At SNL operating condition, a backflow at the trailing edge of the runner blades creates a blockage of the upper part of the inter-blade channel. Intensity of this cavitating zone depends on operating conditions along the no-load curve.

La caractérisation du comportement des sols d’infrastructure est très importante pour le dimensionnement et la longévité d’une structure de chaussée. Certaines propriétés mécaniques des sols d’infrastructure, comme la déformation et le module réversible, sont obtenues en effectuant des essais triaxiaux de laboratoire. Ces essais, bien que plus précis, sont longs et coûteux à réaliser. Une des alternatives à ces essais est l’utilisation d’équipements portatifs, utilisables sur le terrain. L’un de ces équipements est le déflectomètre portable. C’est un appareil de mesure in situ de la déflexion, qui permet également de mesurer un module de déformation dit « élastique ». En se servant des historiques de charge et de déflexion également obtenus durant les essais, certains paramètres permettant d’évaluer la viscoélasticité des sols peuvent être déterminées. Le but de ce projet est donc de caractériser le comportement des sols d’infrastructure de chaussée en se basant sur l’hypothèse d’un comportement viscoélastique. Les essais de déflexion ont été effectués sur trois sols typiques du Québec, à différents états de saturation et de contraintes. À partir des résultats obtenus, un modèle de prédiction du module de déformation du déflectomètre a été mis en place. La réponse du matériau en fonction de la fréquence de chargement a également été évaluée. Pour cela, des essais triaxiaux de mesure de la déformation en fonction de la fréquence ont été effectués sur les mêmes sols et dans les conditions physiques les plus proches possibles de celles des essais de déflexion. En combinant les résultats des essais de déflexion avec ceux des essais triaxiaux, le modèle de Burger a été utilisée, dans les cas applicables, pour modéliser la réponse des matériaux en fonction du temps d’application de charge. / The characterization of subgrade soils’ behaviour is very important for the design and longevity of a pavement structure. Some mechanical properties of subgrade soils, such as their resilient modulus and sensitivity to deformation, are obtained by performing triaxial laboratory tests. Those tests are more precise but long and expensive to perform. One of the alternative solutions to those tests is the determination of these parameters by means of portable equipment, usable in the field. One of those equipment is the Light Weight Deflectometer (LWD), an in-situ deflection measuring device, which also measures an «elastic » modulus. Using the load and deflection histories, also measured during the tests,viscoelastic parameters can be determined. The purpose of this project is to characterize the behaviour of the subgrade soils, with the assumption of viscoelasticity. Deflection tests were performed on three typical soils from the Quebec province, with different saturation and stress levels. From the results, a prediction model of the modulus was established. The material response, depending on the load frequency, was also evaluated. To do so, triaxial tests were performed on the same soils and in the closest physical conditions to the deflection tests. By combining the results from both tests, Burger’s model was used, where applicable,to model the time dependant response of the material.

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 août 2023) / Le grand rapport surface/volume et la morphologie spéciale des nanofibres leur confèrent d'excellentes propriétés mécaniques, une capacité de transfert de chaleur et des caractéristiques électriques. Bien qu'il existe diverses techniques de fabrication conventionnelles pour produire des nanofibres, celles-ci souffrent généralement de plusieurs inconvénients, tels que de faibles taux de production, des restrictions sur les matériaux, des complexités de processus et des coûts de production élevés limitant la production de masse de nanofibres. La demande croissante de nanofibres, d'autre part, motive les efforts pour éliminer ces barrières, car ces matériaux trouvent de plus en plus d'applications dans les secteurs de l'énergie et de la santé, par exemple pour produire des nano-filtres à air et à eau, des capteurs, des batteries et des masques chirurgicaux de protection. La technique de filage centrifuge (CS) a récemment permis la fabrication de nanofibres, avec beaucoup moins de limitations. Dans le procédé CS, une solution / fusion de polymère est placée dans un réservoir à rotation rapide (également appelé lière) avec plusieurs buses, extrudant le polymère en fibres incurvées très fines et longues (ou jets incurvés) sous la force centrifuge ; ces jets fortement courbés se prolongent alors dans l'espace jusqu'à atterrir sur des collecteurs placés à l'écart du centre de rotation. En conséquence, de grands volumes de fibres polymères avec des diamètres moyens de quelques centaines de nanomètres sont produits. Le procédé CS est une technique alternative très prometteuse pour produire des nanofibres. Cependant, la compréhension, l'amélioration et l'optimisation du processus CS ont été limitées, principalement en raison de la présence de nombreux paramètres affectant la dynamique d'écoulement complexe du jet courbe, par exemple les forces de rotation (centrifuge et de Coriolis), inertielles, visqueuses, rhéofluifidiantes, élastiques, de tension superficielle et gravitationnelles, ainsi que les effets de diffusion de masse, de diffusion thermique, d'aérodynamique et de rapport de viscosité. Pour avoir un compréhension fondamental du processus CS, dans ce thèse de doctorat, nous considérons mathématiquement et expérimentalement les effets des paramètres susmentionnés sur la dynamique du jet courbe. Pour généraliser nos résultats, nous les présentons en termes de nombres adimensionals, y compris les nombres de Rossby (Rb), de Reynolds (Re), de Weber (We), de Froude (Fr), de Weissenberg ( Wi), de Péclet de polymère (Pe), de Péclet l'air (Pe*), et de Reynolds de l'air (Re*), ainsi que l'indice de loi de puissance (m), le rapport de viscosité (δₛ) et la position radiale du collecteur (R). Dans le Chapitre 1, nous développons un modèle général régularisé de fibres minces (string) pour prédire les effets des forces centrifuges, de Coriolis, d'inertie, visqueuses, de fluidification par cisaillement, de tension superficielle et gravitationnelles sur la trajectoire en régime permanent et l'amincissement du rayon de la fibre. Nous montrons que pour de grandes vitesses de rotation (petit Rb), le rayon de la fibre diminue rapidement sur de petites longueurs d'arc, ce qui devient plus prononcé lorsque Re et We augmentent ou que m diminue. En fin, nous constatons que la force gravitationnelle (quantifiée via Fr) n'affecte l'angle vertical de la fibre qu'aux petites longueurs d'arc. Dans le Chapitre 2, motivés par nos observations expérimentales, nous développons un modèle mathématique complet pour la formation de nanofibres dans le processus CS, mais pour les fluides newtoniens. Par rapport au chapitre précédent, notre modèle inclut des paramètres supplémentaires, tels que la diffusion de masse dans le jet, la diffusion de masse dans l'air et les effets aérodynamiques. Nos résultats, y compris la comparaison avec les expériences, révèlent que les effets aérodynamiques doivent être pris en compte pour permettre une prédiction correcte de la trajectoire et du rayon du jet. Augmenter Re*, Re et R conduit à un jet plus long. La diminution de We force le jet à s'enrouler plus étroitement autour de la filière, mais cela montre des effets insignifiants sur l'évaporation du solvant. Les changements de Pe et Pe* n'affectent pas de manière significative la trajectoire du jet. Dans le Chapitre 3, nous étendons notre travail pour développer un modèle mathématique intégré supérieur, qui peut également tenir compte de la dynamique transitoire de la fibre. Notre modèle nous permet d'analyser les paramètres d'écoulement critiques couvrant une large gamme, en incorporant les équations de moment cinétique, le modèle constitutif viscoélastique de Giesekus, les effets de traînée air-fibre et l'équation d'énergie dans les équations du modèle. En utilisant le modèle, nous pouvons analyser le comportement dynamique des jets de polymère fondu/solution. Nous constatons que la rhéologie non linéaire affecte remarquablement la trajectoire, le rayon et les contraintes normales des fibres. L'augmentation de Wi conduit à une fibre plus épaisse, tandis que l'augmentation de δₛ montre une tendance opposée. De plus, en augmentant Wi, la courbure de la fibre est améliorée, amenant la fibre à se rapprocher du centre de rotation. Le Chapitre 4 combine en outre expériences et modélisation. Dans nos expériences, nous obtenons les données expérimentales à l'aide d'une combinaison unique d'outils : ceux-ci incluent notre dispositif CS interne, des caractérisations de rhéométrie et des tests au microscope électronique à balayage. Nos expériences sont couplées et apportent des validations à un puissant modèle mathématique, développé sur la base des équations constitutives viscoélastiques du modèle de Maxwell convecté supérieur. Cela nous permet d'examiner le processus CS en fonction des paramètres qui sont généralement importants dans les expériences à l'échelle du laboratoire, notamment la concentration en polymère, la vitesse de rotation, le diamètre de la buse, le rayon de la filière et l'angle de la buse.