Ce travail vise à améliorer la description à l'échelle du nanomètre des sols argileux expansifs en utilisant la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT). L’eau n’est plus considérée comme un solvant continu mais comme un fluide de molécules polaires individuelles. L'objectif est de reproduire les résultats issus de l'expérience ou de la modélisation numérique tels que la présence de couches d'eau discrètes dans l'espace interfolaire ou la variation de la pression de disjonction avec la distance interfolaire dans le régime de gonflement cristallin. Différents phénomènes physiques de complexité croissante sont successivement étudiés. La taille finie des molécules d'eau est tout d'abord prise en compte en modélisant l'eau comme un fluide de sphères dures traité par la théorie fondamentale de la mesure. La nature polaire du solvant est ensuite implicitement considérée en utilisant un potentiel intermoléculaire de Lennard-Jones pour reproduire les différents types d'interactions de Van der Waals. La nature dipolaire de l'eau est ensuite explicitement modélisée par un fluide dipolaire de sphères dures. Ces deux derniers modèles utilisent une approche perturbative de la théorie de la fonctionnelle de densité dans laquelle les effets de corrélation entre les molécules du fluide sont incorporés. Les ions sont finalement ajoutés afin de compléter la description de la double couche électrique. En vue d'une application au génie civil, l'expression améliorée de la pression de disjonction à l'échelle nanométrique est incluse dans une forme modifiée du principe de Terzaghi appliqué aux argiles expansives non-saturées récemment développée dans notre groupe afin de simuler numériquement le comportement hydro-mécanique des argiles gonflantes lors d’essais d'infiltration d’eau / This work aims at improving the nanoscale description of expansive clayey soils using the Density Functional Theory (DFT). Water is no longer considered as a continuous solvent but as a fluid of individual polar molecules in order to recover existing experimental and modeling results such as the presence of discrete water layers in the interplatelet space or the variation of the disjoining pressure with the interplatelet distance at low hydration level. Different physical phenomena of increasing complexity are successively considered. The finite size of the water molecules is firstly taken into account by modeling water as a Hard Sphere fluid using the Fundamental Measure Theory. The polar nature of the water solvent is then implicitly taken into account through a Lennard-Jones potential averaging the different types of Van der Waals interactions. Next the polar nature of the solvent is explicitly modelized by considering water as a Dipolar Hard Sphere fluid. These two fluid models are studied in the framework of the Density Functional Perturbation Theory in which correlation effects between the fluid molecules are incorporated. Ions are finally added in order to complete the Electrical Double Layer description at the nanoscale. With the objective of an application to civil engineering, the improved expression of the disjoining pressure at the nanoscale is included in a modified form of Terzaghi's effective stress principle for unsaturated expansive clays recently developed by our group in order to numerically simulate the hydro-mechanical behavior of expansive clays during water uptake

Объектом данного исследования является феррожидкость. В работе определено влияние полидисперсности на термодинамические и магнитные свойства феррожидкостей. В первой главе данной работы построена теория, описывающая термодинамические свойства бидисперсной системы дипольных твердых сфер. Разработан программный комплекс, позволяющий численно определить ряд термодинамических характеристик бидисперсной феррожидкости. Проведено сравнение теории и результатов компьютерного моделирования. Во второй главе рассмотрена полидисперсная модель дипольных твердых сфер. Вычислено дополнительное слагаемое в существующем приближении начальной магнитной восприимчивости полидисперсных феррожидкостей. Проведено сравнение теории и результатов компьютерного моделирования, известных в литературе. Определены условия работоспособности нового приближения начальной магнитной восприимчивости. / The object of this study is ferrofluid. In the study the effect of polydispersity on the thermodynamic and magnetic properties of ferrofluids was investigated. In the first chapter of this paper we construct theory describing the thermodynamic properties of the bidisperse system of dipolar hard spheres. Computer program was developed that allows numerically to identify the thermodynamic characteristics of bidisperse ferrofluid. A comparison between theory and computer simulation was performed. In the second chapter the polydisperse model of dipolar hard spheres was considered. Additional new term in the existing approximation of the initial magnetic susceptibility of polydisperse ferrofluid was calculated. A comparison between theory and computer simulations was performed. The conditions for the availability of the new approach were defined.