La compréhension des phénomènes différés affectant le comportement mécanique des géomatériaux est essentielle pour permettre un dimensionnement plus juste des ouvrages. C'est pourquoi nous avons étudié le lien entre les différents essais permettant de caractériser les effets du temps ou de la vitesse sur le comportement mécanique des géomatériaux. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à caractériser l'influence du mode de sollicitation sur l'état de contrainte d'une argile en condition oedométrique. Nous avons réalisé différents types d'essais sur une argile saturée drainée : des essais à vitesse de déformation contrôlée, des essais de fluage et des essais de relaxation. D'après notre étude, il apparaît que l'état de contrainte axial et radial ne dépend pas de la vitesse de consolidation imposée, et cela, sur une large gamme de vitesses. Le chemin de contrainte en condition oedométrique est donc, au regard de nos résultats expérimentaux, à la fois une propriété de nature de l'argile et une propriété d'état du matériau. Pour étudier l'influence des facteurs environnementaux que sont la température et l'humidité relative sur le comportement mécanique de géomatériaux, nous avons développé un dispositif expérimental original permettant de contrôler la contrainte axiale, la température et l'humidité relative de l'éprouvette en condition oedométrique. Le dispositif a été testé sur un sable et sur un béton cellulaire en condition isotherme. Concernant le sable, une série d'essais oedométriques par paliers de chargement a montré que les indices de compression et de gonflement du sable ne semblent pas affectés par la température et l'humidité relative. Cependant, la température modifie le comportement hydro-mécanique du sable. En effet, à 25 °C, le chemin de contrainte et ainsi le coefficient des terres aux repos ne dépendent pas de l'humidité relative, alors qu'à 41 °C, le coefficient des terres aux repos diminue avec l'augmentation de l'humidité relative. Concernant le béton cellulaire, nous avons été contraints à travailler en condition uniaxiale, il a été montré que l'indice de compression augmente avec l'humidité relative et cela quel que soit le niveau de contrainte appliqué. Enfin, une modélisation élasto/visco-plastique a été mise en place pour rendre compte des effets de vitesse sur le comportement mécanique saturé d'un géomatériau. Après avoir discuté du rôle de chaque paramètre, nous avons identifié les paramètres permettant de reproduire l'allure des essais expérimentaux. De plus, après avoir calibré le modèle à l'aide de deux essais CRS, nous avons prédit un essai CRS à une autre vitesse de manière probante / A better understanding of deferred phenomena affecting geomaterials behaviour is essential to allow a more efficient design of structures. We studied the link between tests used to characterize deferred effects on the mechanical behavior of geomaterials. First, we focused on the influence of the stress load on the stress path of clay in oedometric condition. We carried out different types of tests on saturated drained clay: strain rate tests, creep tests and relaxation tests. Our study shows that the state of axial and radial stresses and thus the earth coefficient at rest do not depend on the strain rate imposed over a wide range of strain rates. The stress path in oedometric condition is therefore, with regard to our experimental results, both a characteristic of the clay and a property of the state of the sample. To study the influence of environmental factors such as temperature and relative humidity on the mechanical behavior of geomaterials, we developed an original experimental device to control the axial stress, temperature and relative humidity of the specimen in oedometric condition. The device was tested on sand and on cellular concrete i isothermal condition. Regarding the sand, a series of oedometer tests by loading steps showed that the index of compression and the index of swelling of the sand does not seem affected by temperature and relative humidity. However, the temperature modifies the hydro-mechanical behavior of the sand. Indeed, at 25 °C, the stress path and thus the earth coefficient at rest of soil does not depend on relative humidity, whereas at 41 °C, the earth coefficient at rest decreases with an increase in relative humidity. Concerning cellular concrete, we have been forced to work in uniaxial condition, it has been shown that the compression index increases with relative humidity regardless of the level of stress applied.Finally, an elasto/visco-plastic model has been implemented to account for time effects on the mechanical behavior of a saturated geomaterial. After discussing the role of each parameter, we have identified parameters to reproduce results of the experimental tests. In addition, after calibrating the model using two CRS tests, we predicted a CRS test at another strain rate in a convincing manner

Un protocole d’altération de lubrifiants par NO2 en laboratoire a été développé pour étudier les effets de la nitroxydation sur les additifs et la base hydrocarbonée de lubrifiants moteur et comprendre leurs mécanismes d’altération. Des structures de produits d’altération et des voies de transformation ont pu être proposées ainsi que les facteurs contrôlant les cinétiques de dégradation des additifs. Les interactions entre les constituants de lubrifiants tant au niveau des cinétiques de dégradation que des structures des produits de dégradation ont ainsi été identifiées, notamment à partir d’un plan d’expériences. L’évolution des lubrifiants simulée en laboratoire n’est pas directement superposable à celle observée avec des essais moteur, un certain nombre de produits d’altération n’ayant pas été détectés en essais moteur. En revanche, les interactions contrôlant les cinétiques de dégradation des additifs sont proches dans les cas des expériences de laboratoire et des essais moteur. / An alteration laboratory protocol of lubricants by NO2 has been developed in order to investigate the effects of nitroxidation on base oil and additives from engine lubricants, and to understand the different mechanisms involved. The structure of alteration products and their transformation pathways have been proposed, as well as the factors that control the degradation kinetics of the additives. Interactions between lubricant constituents have been identified at the degradation kinetic level as well as the level of the alteration products formed, notably by means of an experimental design. The fate of lubricants in the laboratory experiments does not exactly match that observed in the case of engine tests, notably regarding the absence of formation of some degradation products. However, the interactions controlling the degradation kinetics of lubricant additives are close between laboratory experiments and engine tests.

L’intérêt des ultrasons pour la caractérisation de milieux ou pour l’actionnement à plus forte puissance n’est plus à démontrer. L’intégration de fonctions acoustiques substrats de silicium soulève en revanche de nombreux problèmes technologiques. Le travail de thèse présenté fait suite aux premiers développements technologiques qui ont permis la validation du concept de caractérisation acoustique haute fréquence en canal microfluidique. Les principales avancées de ce travail concernent l’optimisation du transfert de l’énergie acoustique dans le canal microfluidique dans une bande de fréquence allant de 500 à 1000 MHz. Des dépôts de couches minces sur les miroirs et le développement de transducteurs en couches épaisses constituent les principales avancées. Une première évaluation de l’actionnement de fluides ou de particules en canal microfluidique est également présentée ainsi qu’une application du système à la mesure de température en canal microfluidique par ultrasons. / The interest of ultrasounds for media characterization or for actuation when using more power is well known. Nevertheless, the integration of these acoustic functions in silicon based Lab-on-chips requires specific technological developments. The possibility to use high frequency bulk acoustic waves in this kind of systems for characterization or detection has been presented previously in another PhD work. The main objective of this work was to optimize acoustic energy transfer to a microfluidic channel in a frequency range between 500 MHz and 1000 MHz. To do that, the main technological developments achieved among others concern the coating of the guiding mirrors to avoid acoustic mode conversion and ZnO thick films sputtering for the fabrication of piezoelectric transducers. The developed system has been used for particles detection or concentration evaluation. Moreover, a first evaluation of fluids/particles actuation was demonstrated, along with temperature evaluation using ultrasound were achieved in microfluidic channels.

Les mutations profondes observées au cours des vingt-cinq dernières années dans le monde de l'électronique ont actuellement cours en biologie, en partie grâce aux biotechnologies. Le concept communément appelé "laboratoire sur puce" (Lab-On-Chips, LOC) doit son essor à l'effort considérable qui a été mené en matière de développement des technologies de micro-fabrication. Le nombre d'outils technologiques disponibles actuellement pour la fabrication de réseaux microfluidiques est important mais la réalisation de systèmes complexes tridimensionnels reste encore un challenge. Le développement des micro- et nanotechnologies à de nouveaux matériaux comme les polymères, et en particulier la SU-8, a permis d'ouvrir la voie à une intégration plus élaborée telle que nous la présentons dans ce travail de thèse. Nous y exposons la démarche et les détails d'une approche consistant en la conception, la modélisation et la fabrication de dispositifs d'actionnement magnétique intégrés au sein de réseaux microfluidique en SU-8 pour la manipulation de billes magnétiques ; le tout étant élaboré sur un substrat souple de type PET. Le développement des outils de caractérisations des systèmes réalisés a également été présenté. Ils ont permis la mise en place d'un protocole expérimental visant à évaluer et quantifier les différents paramètres électriques, thermiques, fluidiques et magnétiques concourant à obtenir un dispositif LOC efficient dans la circulation de fluides, le piégeage de billes magnétiques, leur transfert d'une zone à un autre et leur orientation guidée vers des canaux privilégiés.

Les micro-organismes (bactéries, cyanobactéries, champignons, algues) peuvent se développer sur les matériaux de construction. Ils sont capables de dégrader les propriétés du matériau : de l'altération de l'aspect esthétique jusqu'à une réduction de sa durabilité. La biodétérioration est associée aux mécanismes chimiques, physiques et esthétiques. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la biodétérioration permettra de mieux lutter contre les dommages engendrés et à terme de prévenir le développement de ces micro-organismes.<br /><br />Le but de cette étude est de développer un test accéléré de laboratoire pour étudier la biodétérioration d'une matrice cimentaire par des champignons. L'étude de la biodétérioration nécessite une approche pluridisciplinaire. Dans un premier temps, ce travail a été abordé d'un point de vue purement « micro-organismes ». Cela a permis d'identifier et de définir les paramètres optimums de culture et croissance fongique. Dans un second temps, l'attention s'est portée sur la préparation d'une matrice cimentaire compatible avec le développement fongique. Enfin, les deux approches ont été combinées permettant l'étude de la croissance des micro-organismes sur le matériau.<br /><br />Le test développé a permis d'obtenir un développement fongique rapide sur des éprouvettes en ciment. Les résultats obtenus ont notamment mis en évidence le rôle fondamental joué par le pH de surface sur le développement microbien. Les résultats montrent qu'il ne peut y avoir de développement microbien sans un vieillissement préalable du matériau. D'un point de vue de la biodétérioration, le test développé a permis d'observer et de mettre en évidence la biodétérioration esthétique et physique principalement. Les résultats ont également montré la nécessité de ne pas se limiter aux observations au microscope pour étudier la biodétérioration. Bien que ces observations mettent en évidence la biodétérioration esthétique, elles sous-estiment l'étendue réelle de la colonisation microbienne. La coloration PAS révèle l'étendue de la colonisation microbienne sur et dans la matrice. De plus, les observations au MEB ont permis d'identifier des formes caractéristiques de bactéries, confirmant les observations au stéréomicroscope et après coloration.

Les laboratoires sur puce sont des dispositifs intégrés rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire, généralement dédiées à la manipulation d'échantillons chimiques ou biologiques. L'objectif de ces travaux est l'intégration dans les microsystèmes d'un polymère intelligent, le poly(N-isopropylacrylamide) (pnipam), afin de développer une nouvelle filière technologique pour les laboratoires sur puce. Le pnipam est un polymère thermosensible subissant un changement réversible, d'un état hydrophile et gonflé sous sa température de transition (lcst ~32°C) à un état hydrophobe et replié au-delà. La technologie développée repose sur des éléments chauffants et un protocole de greffage du pnipam sur des surfaces. Nos travaux montrent que le contrôle thermique du pnipam permet de moduler le flux électroosmotique, ouvrant ainsi la voie au développement de mélangeurs électrocinétiques. Ce contrôle permet également l'accrochage, partiellement réversible, de protéines sur des billes fonctionnalisées, pour des applications dans le domaine de la préparation d'échantillon.

Cemanuscrit présente les résultats d'une étude numérique et expérimentale sur la marée interne et l'interaction de la marée interne avec un talus continental dans un fluide stratifié dans le cas d'une pente super-critique. L'étude numérique est basée sur le code MITgcm, qui résoud les équations de Navier-Stokes non-linéaires et non-hydrostatiques en employant une technique de volumes-finis. Les expériences sont réalisées sur la grande cuve tournante du Coriolis, LEGI en utilisant des techniques PIV et CIV. Nous avons étudié la propagation et la réflexion de la marée interne en présence de rotation et sans rotation. Nos résultats marquants sont la génération de faisceaux d'ondes internes à la fréquence harmonique de la fréquence de forçage, par interaction des faisceaux incident et réfléchi sur le fond de la cuve, l'occurrence d'une instabilité paramétrique sous-harmonique dans le faisceau incident et la définition et l'étude de la largeur du faisceau en fonction des paramètres de forçage et de la rotation.

En considérant que les séances au laboratoire de sciences pouvaient être plus formatrices et que la conservation d'un lien strict avec la réalité pouvait influencer l'apprentissage du processus de modélisation scientifique, nous avons conçu et développé un environnement d'apprentissage permettant d'assister les élèves dans la réalisation d'un ensemble d'étapes de raisonnement inductif et déductif. Nous avons utilisé pour cela certaines des potentialités que peut offrir le couplage d'un système d'expérimentation assistée par ordinateur et d'un système de simulation assistée par ordinateur. D'un point de vue didactique, l'environnement développé permettait aussi d'identifier les actions posées par les élèves lors de leur implication dans un processus de modélisation. Ce qui est le plus novateur dans cet environnement, c'est de permettre à l'élève, après avoir extrait des mesures à partir d'une séquence vidéo et les avoir modélisées, de réaliser ensuite une simulation, en animation, de manière à comparer celle-ci, par une superposition directe des images, avec la réalité filmée.<br /><br />Lors des mises à l'essai faisant intervenir des élèves de physique mécanique au collégial, nous avons observé qu'ils se sont engagés dans un processus de modélisation faisant intervenir des étapes de raisonnement inductives et déductives qui ont été identifiées automatiquement et avec une relative fidélité par l'environnement d'apprentissage. Nous avons aussi observé que les élèves ont réussi à utiliser l'environnement d'apprentissage pour obtenir des réponses satisfaisantes à des questions dont certaines concernaient des éléments de théorie vue en classe et d'autres concernaient des éléments nouveaux. Les élèves ont complété l'expérience plus de deux fois plus rapidement que normalement et se sont montrés d'avis que l'environnement d'apprentissage permettait de mieux comprendre le phénomène physique que les expériences précédentes de la même session.<br /><br />Nous en concluons que cette nouvelle façon de concevoir l'utilisation de l'ordinateur dans l'enseignement et l'apprentissage des sciences que nous avons mise en œuvre et mise à l'épreuve à travers ce développement structuré d'un outil didactique enrichit vraisemblablement l'éventail des possibilités offertes aux élèves et aux professeurs, qui pourraient utiliser l'environnement pour apprendre et faire apprendre, mais aussi aux didacticiens, qui pourraient utiliser l'environnement pour suivre les cheminements d'élèves engagés dans un processus de modélisation. Il serait aussi, à notre avis, intéressant d'explorer, par des expérimentations contrôlées avec de grands échantillons, certains mérites propres associés à cette nouvelle façon de concevoir l'utilisation de l'ordinateur, dont certains comme l'accélération temporelle, l'enrichissement du raisonnement et l'équilibre entre l'induction et la déduction, ont été observés dans nos échantillons.

Linvention du concept de µTAS (micro total chemical analysis system) au début des années quatre vingt dix a ouvert aux fluides la porte du monde des microsystèmes. Un laboratoire sur puce intègre toutes les fonctions dun laboratoire macroscopique (déplacer, mélanger, chauffer des liquides, filtrer, séparer, détecter des molécules, etc.) sur une petite surface (typiquement quelques centimètres carrés). Le challenge technologique repose sur le couplage entre un microsystème conventionnel et un réseau microfluidique. Si les procédés silicium et verre ont été largement utilisés durant les années quatre vingt dix, ils présentent plusieurs inconvénients rédhibitoires : incompatibilité des technologies silicium avec les forts champs électriques nécessaires pour les séparations électrophorétiques et/ou le pompage électroosmotique, technologies non adaptées pour des grandes surfaces, difficultés dintégration dans un système complet, prix élevé des matériaux et des procédés associés, etc. La solution explorée dans cette thèse consiste à construire directement le réseau microfluidique sur un microsystème conventionnel dans des résines photosensibles (SU-8), ce qui facilite lintégration et autorise la fabrication de structures 3D avec un excellent alignement niveau à niveau. Les outils de caractérisation microfluidique développées et utilisés dans le cadre de ce travail sont présentés. Les effets de surface étant fondamentaux à cette échelle, une stratégie générique de modification des propriétés physicochimiques de la SU-8 est proposée et caractérisée.

La compréhension des mécanismes de transport de solutés dans un milieu poreux variablement saturé tel que les sols à nappe drainée par tuyaux enterrés, est essentielle afin de répondre aux interrogations concernant l'impact de ces systèmes sur la qualité des eaux de surface. L'approche choisie repose sur des expériences de traçage réalisées en régime permanent sur modèle physique de sol au laboratoire, permettant un contrôle des conditions initiales et aux limites. La première partie de la thèse est dédiée aux études monodimensionnelles, afin de caractériser la zone non saturée du sol. Nous avons utilisé une colonne de sol (1*0,15 m²) et un modèle physique de grande taille (1*2*0,5 m3), remplis tous deux d'un sol sablo-limoneux. Les traceurs utilisés sont le H218O et le Cl-. La deuxième partie du travail traite le cas des écoulements bidimensionnels, réalisées uniquement sur le modèle physique. Deux scénarios ont été choisis : un soluté apporté en surface et un soluté résidant dans le sol. Seul le Cl- a alors été utilisé comme traceur. Le transport de solutés a été étudié par un suivi in situ (sondes de conductivité électrique) ainsi qu'à l'exutoire du système. L'analyse des courbes d'élution obtenues pour les études monodimensionnelles a permis l'identification des mécanismes de transport et le calcul des paramètres de transport pertinents (par résolution inverse). Pour les expériences bidimensionnelles, il a été observé une hétérogénéité des champs de vitesses, avec une zone proche du drain où le lessivage est rapide et une zone proche de l'interdrain où le soluté progresse à faible vitesse. Dans le cas du soluté résidant dans le sol, les courbes d'élution (concentration et conductivité électrique) au drain montrent un palier stable puis une diminution de forme « exponentielle » jusqu'à atteindre les concentrations du niveau de base. La migration du soluté dans le cas d'un pulse apporté en surface du sol est singulier. La courbe d'élution en sortie du drain présente deux modes : (i) un premier mode sous forme d'un pic, (ii) et le deuxième sous forme d'un palier constant de concentration. Ces résultats expérimentaux ont été confrontés à la modélisation mécaniste (code HYDRUS-2D), utilisant les paramètres de transport obtenus dans les études monodimensionnelles. L'utilisation d'une deuxième méthode, le suivi de particules (approche lagrangienne), nous a permis d'obtenir le cheminement de l'eau et le temps de transfert des particules dans le sol.