Notre environnement quotidien est constitué de multiples exemples d’éléments ou de structures susceptibles de se rompre par fatigue. En effet, si le secteur du transport aérien, terrestre et maritime, est à l’origine de nombreuses avancées dans le domaine de l’endommagement, les problèmes de fatigue concernent aujourd’hui des domaines d’activité très divers tels que la production d’énergie, le biomédical, l’automobile… D’une manière générale, on estime aujourd’hui qu’environ 80% des ruptures en service sont dues à une mauvaise prise en compte de l’endommagement par fatigue au stade de la conception et/ou du dimensionnement. En mécanique de la rupture, la « fractographie » est une science qui consiste à expertiser les débris d’une pièce rompue en vue de comprendre les mécanismes de l’endommagement, et ainsi définir l’histoire et les causes de la rupture. Une telle stratégie peut permettre d’améliorer par la suite la qualité du matériau pour mieux résister à la fatigue. Cette thèse est consacrée à l’analyse de ces débris que nous appelons surfaces de fracture, avec comme objectif la discrimination de trois étapes d’endommagement préconisées en mécanique de la rupture: l’étape d’amorçage de la fissure, l’étape de propagation stable et l’étape de la rupture finale du matériau. La rugosité de ces zones de fissuration est différente car la vitesse de fissuration change d’une zone à une autre. En effet, la fissure s’amorce à une vitesse, se propage à une autre vitesse et s’accélère pour mener le matériau à la rupture finale. Ces trois modes de comportement de la fissure sont confirmés par les graphes d’évolution de la fissure en fonction du nombre de cycles à la rupture, estimés à l’aide de la nouvelle stratégie de suivi de fissure développée durant cette thèse. Elle peut être adaptée à tout type de matériaux indépendamment de leur texture ou de leur conductivité électrique, avec une précision de l’ordre de 8 µm. Une campagne d’essais de fatigue a été conduite sur un ensemble d’éprouvettes d’un matériau élastomère destiné à la fabrication de pièces d’accouplements souples en industrie automobile. Les essais de fatigue ont été menés jusqu’à la rupture. Les surfaces de fracture ainsi obtenues sont numérisées à l’aide de deux techniques : l’interférométrie pour obtenir des cartes de hauteurs et la microscopie électronique à balayage pour obtenir des images microscopiques qui décrivent la texture de ces surfaces. La caractérisation de la rugosité de ces zones demande une classification très fine des irrégularités estampillées par la propagation de la fissure. D’où la nécessité d’adopter des méthodes de traitement de signal performantes pour quantifier d’une manière efficace ces structures singulières. Nous exploitons le paramètre de rugosité globale, appelé « exposant de Hurst », pour identifier l’axe de fissuration et par analyse fractale des profils de fracture (coupes transversales des cartes de hauteurs) nous montrons qu’il est possible de reconstruire le parcours de la fissure. L’analyse multifractale basée sur les maxima locaux de la transformée en ondelettes de ces profils a permis la discrimination des trois zones de fissuration à l’aide des spectres de singularités qui quantifient la force des singularités et leur distribution sur les trois zones d’intérêt. / This thesis is devoted to analyse the fracture surfaces of a broken piece. The aim is to discriminate the three principles damage stages advocated in the field of fracture mechanics: fracture initiation stage, fracture propagation stage and finale rupture of the material. The behaviour of these fracture modes is confirmed by the graphs of the fatigue crack growth according to the number of fatigue cycles. These graphs are estimated using a new strategy developed for monitoring fatigue crack growth based on thermographic measures applicable to a wide range of materials regardless of their electrical conductivity and their surface texture. A campaign fatigue testing was conducted on a set of an elastomeric material samples, this material is used for the manufacture of parts of flexible couplings automotive industry. The fracture surfaces are digitized using two techniques: interferometry to obtain maps of heights and scanning electron microscopy to obtain microscopic images. The fracture phenomena being highly nonlinear and non-stationary; therefore, the classical roughness parameters measurement of fracture lines development is not adapted for their characterization. In this investigation, multifractal analysis based on the continuous Wavelet Transform Modulus Maxima method (WTMM) is proposed to give the discrimination of the profile lines development at three principal fracture stages. Indeed, the discrimination of these three fracture stages provides a powerful diagnostic tool to identify the fracture initiation site, and thus delineate the causes of the cracking of the material. We have used the global roughness parameter, called Hurst exponent, to identify the axis of cracking. The fractal analysis of the fracture profiles show that it is possible to reconstruct the crack path. It was established that multifractal analysis based WTMM describes reasonably well the scaling properties of local regularity of the fracture. It performs a fine discrimination of the three fracture zones using the singularities spectra which quantify the strength of singularities and their distribution.

Le développement de nouveaux matériaux nécessite la détermination de leurs propriétés mécaniques aux échelles macro, micro et nanométrique. Parmi les méthodes expérimentales les plus courantes, l’essai d’indentation instrumentée permettant de déterminer le module d’élasticité et la dureté du matériau à toutes ces échelles de mesure est sans doute le plus utilisé. Cependant, les valeurs obtenues en micro et en nanoindentation sont souvent en apparente contradiction. Cela a conduit de nombreux auteurs à s’interroger sur la validité des mesures expérimentales, sur l’identification des processus physiques mis en jeu lors de l’enfoncement de l’indenteur ou encore sur la pertinence des propriétés mesurées et des échelles de mesure. Sans prétendre étudier tous les aspects de manière exhaustive ce problème complexe, nous proposons cependant quelques pistes de réflexions en particulier sur le passage nano/micro en dureté. Sur la base de la théorie du gradient de plasticité développé par Nix et Gao, nous définissons un facteur d’échelle qui relie certaines données expérimentales à des propriétés fondamentales du matériau. Nous montrons également que ce facteur d’échelle, capable de caractériser la résistance à la déformation plastique, peut donner des informations complémentaires pour étudier le comportement des matériau soumis à différentes conditions d’indentation. Dans une deuxième partie, nous étudions le fluage par indentation comme une alternative aux essais classiques de fluage qui durent généralement plusieurs mois. Même si le résultat ne répond pas complètement aux objectifs fixés, nous montrons qu’un modèle rhéologique adapté permet de retrouver le module d’élasticité et de calculer un coefficient de viscosité à température ambiante du matériau. / Development of new materials often requires the determination of their mechanical properties at macro, micro and nanometric scales. Among the usual experimental methods, the depth-sensing indentation test allowing determining the elastic modulus and the hardness of the material over all the scales of measurement is probably the most employed. However, the values obtained in nano and microindentation ranges are in apparent contradiction. As a consequence, numerous authors have some questioning on the validity of the experimental data, on the identification of the physical phenomenon taking place during the indenter penetration, on the pertinence of the mechanical properties and on the scales of measurement. Without pretending to study exhaustively all the aspects of this complex problem, we can propose some paths for further research in particular on the comparison between nano and microhardness. Starting from the strain gradient plasticity theory developed by Nix and Gao, we defined a hardness length-scale factor which allows connecting some experimental data to fundamental properties of the material. We also show that this factor, able to represent the plastic deformation resistance, can give additional information to study the mechanical behavior of materials submitted to various indentation conditions. In a second part, we study creep by indentation as an alternative method to the usual creep test which generally requires some months of testing. Even if the result does not agree well with this objective, we show that a rheological model can be helpful to determine the elastic modulus and to calculate the coefficient of viscosity at room temperature of the material.

La rivière Marque est un petit cours d’eau localisé sur un bassin versant péri-urbain du Nord de la France, traversant des zones agricoles et urbaines. Au niveau de Villeneuve d’Ascq, cette rivière reçoit les eaux de deux principaux ouvrages de traitement de l’eau : (i) les eaux urbaines traitées de la station d’épuration de Villeneuve d’Ascq ; et (ii) les eaux du lac du Héron qui est un bassin d’orage. Afin d’améliorer la compréhension de la rivière dans cette zone, des suivis basse et haute fréquences ont été mis en place en 2014. En complément, une bouée instrumentée appartenant à l’Agence de l’Eau Artois-Picardie a été déployée en 2015 sur le lac. Une approche multi-traceurs a été envisagée pour tenter d’identifier les différentes pressions sur La Marque avec l’étude des paramètres physico-chimiques (O2, pH, conductivité, MES, COD), des nutriments (NO3-, NH4+, PO43-), des micropolluants métalliques (Cu, Pb, Zn) et organiques (CAF, CBZ) et des conditions physiques (débit, pluviométrie). Les points clés mis en évidence sont les suivants : (1) La Marque est fortement impactée par le rejet d’eaux usées non traitées dû à des défaillances dans les réseaux d’assainissement ; (2) la station d’épuration contribue significativement à enrichir La Marque en CBZ et en Zn, ce qui participe vis-à-vis de ce dernier à la dégradation de l’état écologique ; (3) la capacité de traitement par décantation et processus biogéochimiques naturels du lac du Héron est efficace, cependant il est nécessaire d’entreprendre un curage du chenal d’entrée ; et (4) le rejet du lac participe à améliorer ponctuellement mais faiblement la qualité de la rivière, excepté lors d’évènements particuliers. / The Marque River is a little watercourse located in a peri-urban watershed in Northern France, going through agricultural and urban areas. Nearby Villeneuve d’Ascq, this river receives waters from two main water treatment plants: (i) the waste water treatment plant of Villeneuve d’Ascq; and (ii) the waters from a stormwater basin, the Heron lake. In order to improve the understanding of the functioning of the river in this area, low and high frequencies monitoring have been undertaken in 2014. In addition, an instrumented buoy belonging to the French Water Agency Artois-Picardie was implemented in 2015 on the lake. A multi-tracers approach was considered in order to identify different pressures on The Marque River including physicochemical parameters (O2, pH, conductivity, SPM, DOC), nutrients (NO3-, NH4+, PO43-), trace metals (Cu, Pb, Zn), organic micro-pollutants (CAF, CBZ) and hydrodynamic conditions (water flow, rainfall). The key points that have been highlighted are as follows: (i) The Marque River is strongly impacted by the discharge of wastewaters, due to sanitation network failures; (ii) the waste water treatment plant contributes significantly to the enrichment of The Marque River in CBZ and Zn, the latter participating to the degradation of the ecological status; (iii) the treatment capacity by naturals settling and biogeochemical processes is efficient within the Heron lake. However, the dredging of the entrance channel must be undertaken; and (iv) the discharge from the lake to the river tends to ameliorate scarcely and punctually the water quality of the river, excepted during special events.

La représentation de phénomènes de rupture localisée (fissure, décohésion…) rend nécessaire l'utilisation de modèle de plus en plus fin et couteux en calcul. Pour pallier à ce problème de nombreux modèles multi-échelles ont permis de faire cohabiter deux échelles de modèles différents dont l'un plus grossier permet des gains de calculs substantiels. Cependant, coupler deux modèles différents peut entrainer un certain nombre d'incompatibilités qui peuvent générer notamment des réflexions parasites au niveau des interfaces. La première partie de mes travaux traite de l'incompatibilité issue du passage d'un comportement non-local à un comportement local dans un milieu discret. De nouveaux schémas de construction à l'interface sont proposés afin de réduire in fine les phénomènes de réflexions. La deuxième partie aborde une seconde source d'incompatibilité due au changement d'échelle de discrétisation dans un milieu continu local. Une nouvelle méthode de dissipation sélective permet de réduire les phénomènes de réflexions en absorbant les phénomènes microscopiques. Finalement, l'ensemble de ces démarches sera mis en place sur un modèle de béton fibré pour observer l'évolution de phénomène localisé en dynamique explicite. / Representation of localized phenomena like failures or cracks requires models increasingly precise and cpu consuming. To overcome this problem many multiscale models allowed to coexist two scales of different models including a coarser one that enables to gain substantial time calculations. However, coupling two different models may cause a number of incompatibilities that can generate difficulties such as spurious reflections at the interfaces. The first part of my work deals with the incompatibility after the passage of a non-local behavior at a local behavior in a discreet environment. New construction schemes at the interface are proposed to reduce the reflection phenomena. The second part deals with a second source of incompatibility due to the scaling of discretization in a local continuum. A new method for selective dissipation reduces reflection phenomena absorbing microscopic phenomena. Finally, all of these steps will be implemented on a model of fiber-reinforced concrete to observe the evolution of localized phenomenon in explicit dynamics.

Le mixe énergétique du futur réseau électrique doit intégrer une grande quantité de source renouvelable intermittentes (RES). L’intermittence naturelle de ces sources sera,dans un premier moment, négligeable vis-à-vis de la stabilité du réseau électrique. Par contre,pour une large pénétration de RES, cette intermittence doit être intégrée à l'étude de la stabilité du réseau électrique. Pour une grande pénétration de RES à l'échelle européenne, un grand système de stockage d'énergie doit être mis en place. C'est déjà le cas aujourd'hui où les stations de transfert d'énergie par pompage(STEP) sont déjà utilisées. En effet, les STEP sont le moyen de stockage plus fiable et mature pour le stockage en haut puissance. Cependant,elles sont utilisées à ce jour, plutôt dans un cycle journalier et hebdomadaire d'équilibrage. La plupart des usines fonctionne de façon binaire(soit on, soit off) et ne participe pas à l'équilibrage du réseau électrique.Les nouvelles technologies envisagent de nouvelles utilisations pour les STEP. Les STEP à vitesse variable (Variable Speed PSP - de l'anglais Variable Speed Pumped Storage Plant)sont prévues de d'être utilisées en temps réel pour l'équilibrage du réseau électrique. L'objective de ce projet de ce projet est d'étudier les contributions de la STEP à vitesse variable à l'équilibrage du réseau électrique. Du point de vue du réseau, la STEP à vitesse variable est composée de deux systèmes en cascade séparés par les échelles de temps différentes. Le système peut réagir en 100ms avec la puissance nominale de la machine mais pour un temps limité (entre 5- 10s); le deuxième étage est le système hydraulique qui réagit moins vite (après 15s)mais qui peut tenir sa puissance pendant un longtemps (plusieurs heures). Ces différentes échelles de temps sont très importantes pour l'équilibrage du réseau électrique. Elles permettent que la STEP à vitesse variable soit utilisée pour différents problèmes d'équilibrage, mais comment l'utilisée reste encore un problème ouvert. Parmi d'autres,ce projet a comme objective répondre aux questions suivantes:Serait-il possible d'utiliser la STEP à vitesse variable pour l'équilibrage du réseau électrique à courant alternatif (AC) et/ou continu (DC)? Comment combiner, de façon intelligente, les réseaux continus à haute tension (HVDC - de l'anglais High Voltage Direct Current) et STEP à vitesse variable?Combinaison optimale de réaction rapide et lente pour équilibrer un réseau hybride AC et DC? La STEP à vitesse variable est-il un bon outil dynamique de stockage pour augmenter la capacité du réseau HVDC? Comment intégrer le contrôle d'une ligne HVDC et ce d'une STEP à vitesse variable?La STEP à vitesse variable peut atténuer les oscillations du réseau? / The future energy mix used toproduce electricity will include large shares ofrenewable energy sources (renewables). Theintrinsic time varying nature of these sourceswill be in the first a hinder to power systems'stability, but as their share will increase theypower of the machine but only for a limited time(typically 5 – 10 seconds); the second stage isthe hydraulic system that reacts slower (afterapprox. 15 seconds) but has a lot of energystored.These different time scales can be of uppermostUniversité Paris-SaclayEspace Technologique / Immeuble DiscoveryRoute de l’Orme aux Merisiers RD 128 / 91190 Saint-Aubin, Francemust be explicitly taken into account in thefuture when stabilizing the network. Forconstant use of renewables, in a Europe-widemanner, large storage will be capital. This isalready partially the case today, where pumpedwater storage is largely used. In fact waterstorage still is the most reliable and efficientstorage system for large amounts of power. Buttoday this is still mainly dedicated to findnight/day or weekly equilibrium of productionand consumption. These store plants are ratherplanned for an on/off utilization and do notparticipate on ancillary services (dynamicparticipation on the short term equilibrium of aninterconnection of systems or regions).New technologies allow envisaging new usesfor large storage systems. Variable SpeedPumped Storage Plants (Variable Speed PSP)are now expected to be used in real time toprovide ancillary services, effectivelyparticipating in the stabilization of powersystems. The objectives of this work are to studysome of these possibilities. It will look atdifferent aspects of stabilization: Variable SpeedPSP can be seen from the outside like a twostage systems in cascade that reacts with timeconstants that are one order of magnitude apart.The system can react within 100ms with ratedimportance when considering system's stability.They allow Variable Speed PSP to be used as thecontrol input for different stabilizationproblems, but how to do it is still an openproblem. Today these stations are only used asstandard storage, allowing the match ofproduction and consumption within a region ornetwork. The objective now is to study their useto further applications, and in particular, to studythe possibility of using them as one of the keycomponents of the future Multi-terminal HVDCnetworks. Several questions are open, this workaims to answer part of them:Is it possible to use Variable Speed PSP forancillary services (transient stability forexample) in AC and/or HVCD networks?How to combine in an intelligent way HVDCand Variable Speed PSP?Optimum combination of fast and slow reactionin order to stabilize a power grid that combinesDC and AC?Is Variable Speed PSP a good way to increasethe capability of HVDC by adding a verydynamic storage element?How to merge the control of the HVDC line andthe Variable Speed?Can this setup help to damp oscillations in thegrid?

Couplages entre comportement en compression et instabilités multi-échelle; modélisation des procédés de mise en oeuvre des composites

Cette thèse présente des résultats dans le domaine de la prédiction d’interactions protéine-ARN. C’est un domaine de recherche très actif, pour lequel la communauté internationale organise régulièrement des compétitions pour évaluer différentes techniques de prédictions in silico d’interactions protéine-protéine et protéine-ARN sur des données benchmarks (CAPRI, Critical Assessment of PRedictedInteractions), par prédiction en aveugle et en temps limité. Dans ce cadre, de nombreuses approches reposant sur des techniques d’apprentissage supervisé ont récemment obtenus de très bons résultats.Nos travaux s’inscrivent dans cette démarche.Nous avons travaillé sur des jeux de données de 120 complexes protéine-ARN extraits de la PRIDB non redondante (Protein-RNA Interface DataBase, banque de données de référence pour les interactions protéine-ARN). La méthodologie de prédiction d'interactions protéine-ARN a aussi été testée sur 40 complexes issus de benchmarks de l'état de l'art et indépendants des complexes de la PRIDB non redondante. Le faible nombre de structures natives et la difficulté de générer in silico des structures identiques à la solution in vivo nous a conduit à mettre en place une stratégie de génération de candidats par perturbation de l’ARN partenaire d’un complexe protéine-ARN natif. Les candidats ainsi obtenus sont considérés comme des conformations presque-natives si elles sont suffisamment proches du natif. Les autres candidats sont des leurres. L’objectif est de pouvoir identifier les presque natifs parmi l’ensemble des candidats potentiels, par apprentissage supervisé d'une fonction de score.Nous avons conçu pour l'évaluation des fonctions de score une méthodologie de validation croisée originale appelée le leave-"one-pdb"-out, où il existe autant de strates que de complexes protéine-ARN et où chaque strate est constituée des candidats générés à partir d'un complexe. L’une des approches présentant les meilleures performances à CAPRI est l’approche RosettaDock, optimisée pour la prédiction d’interactions protéine-protéine. Nous avons étendu la fonction de score native de RosettaDock pour résoudre la problématique protéine-ARN. Pour l'apprentissage de cette fonction de score, nous avons adapté l'algorithme évolutionnaire ROGER (ROC-based Genetic LearnER) à l'apprentissage d'une fonction logistique. Le gain obtenu par rapport à la fonction native est significatif.Nous avons aussi mis au point d'autres modèles basés sur des approches de classifieurs et de métaclassifieurs, qui montrent que des améliorations sont encore possibles.Dans un second temps, nous avons introduit et mis en oeuvre une nouvelle stratégie pour l’évaluation des candidats qui repose sur la notion de prédiction multi-échelle. Un candidat est représenté à la fois au niveau atomique, c'est-à-dire le niveau de représentation le plus détaillé, et au niveau dit “gros-grain”où nous utilisons une représentation géométrique basée sur des diagrammes de Voronoï pour regrouper ensemble plusieurs composants de la protéine ou de l’ARN. L'état de l'art montre que les diagrammes de Voronoï ont déjà permis d'obtenir de bons résultats pour la prédiction d'interactions protéine-protéine. Nous en évaluons donc les performances après avoir adapté le modèle à la prédiction d'interactions protéine-ARN. L’objectif est de pouvoir rapidement identifier la zone d’interaction (épitope) entre la protéine et l’ARN avant d’utiliser l’approche atomique, plus précise,mais plus coûteuse en temps de calcul. L’une des difficultés est alors de pouvoir générer des candidats suffisamment diversifiés. Les résultats obtenus sont prometteurs et ouvrent desperspectives intéressantes. Une réduction du nombre de paramètres impliqués de même qu'une adaptation du modèle de solvant explicite pourraient en améliorer les résultats. / My thesis shows results for the prediction of protein-RNA interactions with machine learning. An international community named CAPRI (Critical Assessment of PRedicted Interactions) regularly assesses in silico methods for the prediction of the interactions between macromolecules. Using blindpredictions within time constraints, protein-protein interactions and more recently protein-RNA interaction prediction techniques are assessed.In a first stage, we worked on curated protein-RNA benchmarks, including 120 3D structures extracted from the non redundant PRIDB (Protein-RNA Interface DataBase). We also tested the protein-RNA prediction method we designed using 40 protein-RNA complexes that were extracted from state-ofthe-art benchmarks and independent from the non redundant PRIDB complexes. Generating candidates identical to the in vivo solution with only a few 3D structures is an issue we tackled by modelling a candidate generation strategy using RNA structure perturbation in the protein-RNAcomplex. Such candidates are either near-native candidates – if they are close enough to the solution– or decoys – if they are too far away. We want to discriminate the near-native candidates from thedecoys. For the evaluation, we performed an original cross-validation process we called leave-”onepdb”-out, where there is one fold per protein-RNA complex and each fold contains the candidates generated using one complex. One of the gold standard approaches participating in the CAPRI experiment as to date is RosettaDock. RosettaDock is originally optimized for protein-proteincomplexes. For the learning step of our scoring function, we adapted and used an evolutionary algorithm called ROGER (ROC-based Genetic LearnER) to learn a logistic function. The results show that our scoring function performs much better than the original RosettaDock scoring function. Thus,we extend RosettaDock to the prediction of protein-RNA interactions. We also evaluated classifier based and metaclassifier-based approaches, which can lead to new improvements with further investigation.In a second stage, we introduced a new way to evaluate candidates using a multi-scale protocol. A candidate is geometrically represented on an atomic level – the most detailed scale – as well as on a coarse-grained level. The coarse-grained level is based on the construction of a Voronoi diagram over the coarse-grained atoms of the 3D structure. Voronoi diagrams already successfully modelled coarsegrained interactions for protein-protein complexes in the past. The idea behind the multi-scale protocolis to first find the interaction patch (epitope) between the protein and the RNA before using the time consuming and yet more precise atomic level. We modelled new scoring terms, as well as new scoring functions to evaluate generated candidates. Results are promising. Reducing the number of parameters involved and optimizing the explicit solvent model may improve the coarse-grained level predictions.

Le sulfure de zinc obtenu par précipitation homogène présente une grande importance dans l'industrie des matériaux à propriétés optiques et électroniques, laquelle souhaiterait maîtriser son procédé de fabrication. Le sulfure de zinc correspondant, qui est sous forme agglomérée, a été choisi pour sa morphologie structurée : chaque agglomérat présente quatre échelles quant à la taille des particules le constituant. Il est préparé via la décomposition thermique de la thioacétamide dans une solution acide contenant le sulfate de zinc.<br />La précipitation est effectuée dans un réacteur fermé et parfaitement agité. Le but de cette étude est de présenter une méthodologie originale pour suivre en continu les concentrations en ions et les caractéristiques du solide formé : la production et la disparition des ions sulfure libérés par la thioacétamide, la consommation des ions zinc, l'évolution de la sursaturation relative au produit précipité ZnS. et les caractéristiques morphologiques des particules de ZnS. Les capteurs utilisés sont des électrodes spécifiques, des cellules conductimétriques et une sonde turbidimétrique. D'autres méthodes d'analyses, telles que la microscopie électronique, la granulométrie et la diffraction des RX, complètent cette étude expérimentale.<br />La morphologie des grains de sulfure de zinc dépend des conditions opératoires : vitesse d'agitation, concentrations initiales en réactifs, pH et température. Le pH est le paramètre qui conduit à la plus grande variabilité morphologique. Nous présentons donc les résultats expérimentaux et l'interprétation correspondante issus de la précipitation de ZnS réalisée à différents pH.

Ce travail de thèse porte sur la compréhension et la modélisation de la combustion de mélange de nanoparticules composée d'aluminium et d'oxydes métallique. Dans ce cadre, nous avons développé un modèle cinétique, reposant sur un ensemble de phénomènes élémentaires : diffusion, réactions, condensations, évaporations et décompositions. Nous avons montré que ce modèle permet de prédire l'évolution de la pression généré en fonction de nombreux paramètres : la compaction, la proportion d'aluminium et d'oxyde métallique et la taille des particules du mélange. Enfin, ce modèle a été couplé à une description des transferts thermiques lors de la combustion, afin d'étudier l'effet des pertes thermiques dans une chambre de combustion. / This thesis work deals with understanding and modeling the combustion of a mixture of nanoparticle made of aluminum and metal oxide. In this context, we developed a kinetic model, based on multiple elementary phenomena : diffusion, reaction, condensation, vaporization and decomposition. We showed that this model allows to predict the evolution of the pressure generated during the combustion as a function of multiple parameters : packing, proportion of aluminum and metal oxide, and particle sizes. Finally, this model have been coupled with a description of the thermal transport, in order to study the effect of heat losses in a combustion chamber.

Dans le cadre du stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde (projet Cigéo), il est nécessaire de pouvoir prédire l'écoulement des radionucléides sous forme ionique dans des milieux poreux chargés tels que l'argile. Les matériaux argileux sont complexes et il est difficile de connaître leur structure, surtout à l'échelle nanoscopique où les phénomènes électrocinétiques deviennent primordiaux. Dans ce cas, la stratégie adoptée dans ce travail est de représenter la porosité à l'aide d'un réseau de pores connectés entre eux par des canaux. Cela nécessite de connaître les propriétés du transport couplé à l'échelle du canal en prenant en compte les flux de solvant, de solutés et de charges sous l'influence de gradients de pression, de concentration en sel et de potentiel électrostatique. La description du transport électrocinétique utilisée correspond à celle du modèle de Poisson-Nernst-Planck. On peut ainsi montrer que le comportement de ces propriétés peut différer entre l'échelle du canal et celle de l'échantillon (réseaux construits aléatoirement à partir de distributions de paramètres). Par exemple, on constate que la perméabilité d'un réseau diminue si les effets électrocinétiques augmentent, ce qui n'est pas le cas à l'échelle du canal. Ces différences proviennent de la présence simultanée de couplages entre les flux et de l'hétérogénéité du milieu. Un échantillon numérique ayant les mêmes propriétés qu'un échantillon réel d'argile a ainsi été créé au terme d'un processus de sélection des distributions de paramètres des canaux, il a ainsi servi à réaliser des études préliminaires sur le colmatage et la désaturation. / As part of the disposal of nuclear waste in deep geological formations (Cigéo project), it is necessary to predict the flow of radionuclides in ionic form in charged porous media such as clays. The clay materials are complex and it is difficult to know their structure, especially at the nanoscale where electrokinetic phenomena become paramount. In this case, the strategy adopted in this work is to represent the porosity with a network of pores interconnected by channels. This requires to know the properties of the coupled transport at the channel scale taking into account the flow of solvent, solutes and charges under the influence of gradients of pressure, salt concentration and electrostatic potential. We used the Poisson-Nernst-Planck model to describe the electrokinetic transport in the channels. It can be shown that the behavior of these properties may vary between the channel scale and the sample scale (random networks constructed from parameters distributions). For example, it is found that the permeability of a network decreases as electrokinetic effects increase, which is not the case at the level of a single channel. These differences arise from the simultaneous presence of coupling between the flows and the heterogeneity of the sample. A numerical sample having the same properties as real clay sample has been created following a process of selection of the channels parameters, it has been used to conduct preliminary studies on clogging and desaturation in clay.