In this thesis we have studied the influence of transport mechanisms on the adsorption kinetics of colloidal suspensions, as well as in the distribution of colloidal particles at the adsorbed layer. Adsorption of colloidal particles is controlled by the geometric exclusion effects at the surface originated by the finite size of the particles and by the irreversible character of the adsorption in these systems, and is also influenced by the specific transport mechanisms which control the arrival of the colloids from the bulk to the interface. Our main objective has been to elucidate the effects of each contribution, as well as their relative importance and mutual influence in some specific situations.After a first chapter in which we have introduced the basic kinetic models which have been proposed in the literature to take into account surface exclusion effects (random sequential adsorption (RSA) and ballistic (BM) models), in the second chapter we have studied the adsorption in the presence of an external field parallel to the substrate. Our objective has been to elucidate how surface exclusion effects are sensitive to the imposed external conditions upon which adsorption takes place, showing that they do not arise from purely geometric constrains. Instead of carefully describing the transport process, we have conveniently modified the usual kinetic models. The basic feature now is that a new minimum length at which two particles can approach on the substrate appears, and the kinetics becomes asymmetric in the sense that this minimum distance depends on the side of the preadsorbed disk at which the incoming particle adsorbs. We have observed a decrease of the jamming limit with the strength of this imposed force, and also a tendency to form more locally ordered aggregates when this force increases. New adsorption mechanisms are induced by the external field: a particle may roll over a number of preadsorbed spheres before being either adsorbed or rejected, implying that adsorption becomes non-local in the sense that an incoming particle may interact with many preadsorbed disks. The pair distribution function exhibits a richer structure indicating that the clusters have internal structure since their relative separation is not univocally fixed. If the exclusion distance is a multiple of the diameter, then a resonance is observed when using BM rules, and a highly locally ordered substrate is formed.In chapter 3 we have studied the effect of the transport on the adsorption of colloidal particles at high Peclet number in the presence of a gravity field, when their diffusion can be neglected. As a new mechanism with respect to previous studies, we have incorporated hydrodynamic interactions (HI) existing between the incoming particle and the adsorbed ones due to the fact that the particles are suspended in a fluid. We have shown that the basic effect of HI is to introduce an effective repulsive interaction between the incoming particle and the preadsorbed ones. Some analytic results obtained in very simplified conditions have helped us to understand the effects of HI, although un general, computer simulations have been carried out to study the adsorption process. We have seen that, although the global quantities obtained with HI do not differ quantitatively from the ones obtained for BM, as for example the coverage as a function of time, the jamming limit, or the available fraction of the line, the local structure differs significantly from the one obtained with BM. The pair correlation function is characterized by having a series of peaks due to the rolling of incoming spheres over preadsorbed ones. The behaviour behind the peaks is different, showing a slower decay with HI, indicating that because of the effective repulsion, larger gaps between the spheres are preferred, which implies that HI induce the formation of looser local structures on the substrate. We have shown that the effective repulsion introduced by HI favours the formation of elongated triplets on the surface where BM would predict more isotropic clusters, meaning that HI changes the structure of the clusters formed at the interface. We have compared with experimental results on the adsorption of mellamine particles. The curves obtained with HI agree better with the experimental ones than those obtained with BM, explaining therefore some of the discrepancies observed when comparing with BM. In particular, the slower decay behind the first peak can be thought of as being due to the effect of HI. This has served to show that BM, which was thought to be a good model to describe the adsorption of heavy colloidal particles, is restricted to situations where inertial effects dominate the transport to the wall.Finally, in chapter 4 we have developed a thermodynamic theory for the adsorption process. We have focused our analysis on the situation in which adsorption is controlled by a surface energy barrier, which is more realistic for the adsorption of small particles. In this case, the transport to the interface is controlled by the diffusion through the energy barrier. In order to describe this process properly, we have introduced an additional internal variable for the fields at the surface in the thermodynamic description.The surface exclusion effects at this level are introduced considering that the system at the surface is not ideal. In this way we have derived a local generalized Langmuir equation for the evolution of the surface concentration. If the adsorption is not controlled by an energy barrier, then the local thermodynamic description is different. We have shown how it is possible to obtain global generalized Langmuir equation which describes the evolution of the global surface concentration, using the fact that entropical barriers appear for the incoming particles. We have also studied the fluctuations around steady states in a systematic way. We have shown how to deduce the corresponding fluctuation-dissipation theorem when an internal degree of freedom is introduced, and we have applied the results to analyze the density correlation function of a simple adsorption model with diffusion.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 mai 2008). Bibliogr.

Mémoire (M.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 2001. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Th.--Sci. phys.--Paris 6, 1979.

Les plastiques sont des matériaux techniques nécessaires au fonctionnement des sociétés industrialisées. Cependant, au début des années 2000, des particules de plastique de l’ordre de la dizaine de microns sont observées dans des échantillons d’eau de mer. Ce sont des « microplastiques ». Leur présence dans la plupart des milieux a progressivement été mise en lumière au point d’en faire un marqueur de l’anthropocène. Par ailleurs, ces particules interagissent avec leur environnement et peuvent être vectrices d’additifs toxiques ou de micropolluants. Face aux risques que représentent ces particules, il est important de pouvoir évaluer leur dangerosité pour l’homme et les écosystèmes. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail de thèse sont (1) de déterminer les conditions d’extraction des microplastiques présents dans le sable les plus efficaces et les moins coûteuses et (2) de traduire en terme de toxicité les interactions entre micropolluants et plastiques vieillis dans le milieu marin. Pour cela, un prototype de système d’élutriation a été construit et un protocole adapté a été mis en place pour permettre d’extraire les microplastiques du sable. Afin de faciliter la détermination des vitesses de flux optimales pour permettre une élutriation efficace, un modèle numérique simple reposant sur des équations d’hydrodynamique a été développé. La confrontation des résultats théoriques et expérimentaux a ensuite permis de le valider. Ces résultats ont également permis de mettre en évidence que des ajustements du dimensionnement du système d’élutriation étaient nécessaires. En se basant sur différentes contraintes, par exemple sur le temps nécessaire pour réaliser l’élutriation ou encore sur la taille de la colonne, de nouvelles données de dimensionnement ont été acquises. Le vieillissement de 3 types de plastique (PVC, PET et PBAT) dans le port de Kernevel (Larmor- Plage) a été étudié en suivant l’évolution de l’état de surface et la toxicité de ces matériaux durant 502 jours d’immersion. Cette étude a montré des comportements très différents de ces trois plastiques au cours du temps. Ainsi, le PBAT vieillit plus vite que le PVC alors que le PET évolue peu. Le vieillissement du PVC s’accompagne d’une perte de ses composés à activité œstrogénique et d’une adsorption de métaux lourds. En milieu marin, en se dégradant la surface du PBAT forme des cavités dans lesquelles se piègent des argiles ; de plus en vieillissant ce matériau peut présenter une forte activité œstrogénique ponctuelle. / Plastics are technical materials necessary for industrialized societies. However, in the early 2000s, plastic particles of about ten microns were observed in seawater samples. These are called "microplastics". Their presence in most environments has been progressively highlighted making it an anthropocene marker. Moreover, these particles interact with environments and may carry toxic additives or micropollutants. However, scientific and technical barriers limit this accurate evaluation. In this context, the aims of this work are (1) to determine the most efficient and cost- effective extraction conditions of microplastics trapped in sand and (2) to evaluate the toxicity due to the interactions between micropollutants and aged plastics, which can occur in the marine environment. Thus, an elutriation system prototype has been built and an adapted protocol developed to efficiently extract microplastics from sand. In order to determine the optimal elutriation flow velocities, a simple numerical model based on hydrodynamic equations has been developed. This numerical model has been validated by comparing theoretical and experimental results. However, these results also demonstrate that process optimization was required: based on different constraints, for example the time needed to achieve the elutriation or the size of the column, new data on the design have been acquired. The evolution of the surface state and the toxicity of 3 types of plastic (PVC, PET and PBAT) immersed in the marine environment during 550 days was studied on Kernevel harbor (Larmor-Plage, France). The results of the plastics ageing show very different behaviors. PBAT ages faster than PVC whereas PET does not exhibit large modifications. The aging of PVC is accompanied by a loss of compounders characterized by an estrogenic activity and by the adsorption of heavy metals. In the marine environment, the degradation of the PBAT surface forms cavities in which clay particles can be trapped. Moreover, in a more punctual manner than PVC, this material exhibit strong estrogenic activities.

La migration de particules fines dans un milieu poreux fait l’objet de nombreuses études dans différents domaines. Par exemple, la présence de particules fines dans les nappes phréatiques constitue des voies de transfert de polluants (e.g. bactéries, virus, métaux lourds) à travers les sols. Par ailleurs, les phénomènes complexes d’adsorption et de désorption des particules fines dans le milieu poreux sont la cause de multiples dégâts dans les systèmes hydrauliques (e.g. digues, puits pétroliers, filtres de traitements des eaux). Les particules fines forment des agrégats et se déposent autour des grains collecteurs affectant la perméabilité du milieu poreux. Ainsi, différents processus mécaniques et/ou physico-chimiques contrôlent le colmatage de la matrice poreuse. L’objectif de ce travail est d’étudier l’effet de l’hétérogénéité du milieu poreux (i.e. granulométrie, porosité) sur les phénomènes de transport et de dépôt des particules colloïdales en suspension. La finalité de ce travail est de donner un modèle prédictif de perméabilité afin de pouvoir estimer la pérennité du système. Dans ce but, une campagne d’essais expérimentaux est menée sur le suivi du transport et du dépôt des particules fines argileuses dans différents milieux naturels sableux. Ces travaux ont été réalisés dans des colonnes de laboratoire pour lesquels les conditions hydrauliques peuvent être contrôlées et où la concentration des fines à l’entrée de la colonne est imposée. Après injection des particules fines, le suivi de la matrice poreuse dans l’espace et dans le temps est réalisé en utilisant un banc gamma-densimétrique. L’évolution de la perméabilité caractérisant le colmatage du matériau est analysée par l’intermédiaire de la mesure de la chute de pression dans la colonne. Les expériences menées dans les différentes colonnes ont permis de mettre en évidence l’importance de la taille des grains et la porosité du milieu ainsi que la vitesse d’injection dans la formation du dépôt. D’après nos résultats, au début de l’essai le dépôt de particules se fait autour des collecteurs sur des sites de surface. Ensuite les ponts de liaison sont créés entre les grains collecteurs. Nous avons constaté que la première partie du dépôt est plus importante dans le cas de grains de taille importante. Afin d’interpréter les résultats de l’évolution de la perméabilité, nous avons utilisé le modèle de Kozeny-Carman, où nous avons introduit l’évolution du dépôt dans l’estimation de la surface spécifique du milieu. Ce modèle nous a permis également de prendre en compte l’hétérogénéité du milieu et l’évolution de chaque couche par l’intermédiaire des paramètres tels que la porosité et la tortuosité du milieu. Les observations microscopiques et les mesures de porosités sur les échantillons colmatés ont étayé les schémas de dépôt et de saturation des sites de rétention. Ce travail expérimental s’accompagne d’une modélisation par l’équation de convection dispersion avec un terme de puits simulé par une cinétique du second ordre. Elle met en évidence l’importance des particules déjà déposées ainsi que la porosité initiale du milieu et la vitesse d’écoulement. / The migration of fine particles in a porous medium is the subject of many studies in various fields. For example, the presence of fine particles in groundwater constitutes pathways of pollutants (e.g. bacteria, viruses, heavy metals) through the soil. Furthermore, the complex processes of adsorption and desorption of the fine particles in the porous medium are the cause of damage to multiple hydraulic systems (e.g. dams, oil wells, filters for water treatment). The fine particles form aggregates and settles around collecting grains affecting the permeability of the porous medium. Thus, various mechanical and / or physico -chemical processes control the clogging of the porous matrix. The objective of this work is to study the effect of heterogeneity of the porous medium (i.e. grain size, porosity) on the phenomena of transport and deposition of colloidal particles in suspension. The purpose of this work is to provide a predictive model of permeability in order to estimate the sustainability of the system. For this purpose, a campaign of experimental tests are conducted on the monitoring of transport and deposition of fine particulate clay in different natural environments sandy. These studies were conducted in laboratory columns for which the hydraulic conditions can be controlled and where the concentration of fines in the entry of the column is imposed. After injection of the fine particles, the monitoring of the porous matrix in space and time is carried out using a gamma - densimetric bench. Changes in permeability characterizing the clogging material is analyzed by means of the measurement of the pressure drop in the column. Experiences in the different columns have helped highlight the importance of grain size and porosity of the medium and the injection rate in the formation of the deposit. Our results at the beginning of the test particle deposition is around collectors on surface sites. Then the connecting bridges are created between the grains collecting. We found that the first portion of the deposit is larger in the case of large-sized grains. To interpret the results of the evolution of permeability, we used the Kozeny - Carman model, where we have introduced the evolution of the repository in estimating the surface area of the medium. This model also allowed us to take into account the heterogeneity of the environment and the evolution of each layer by using parameters such as porosity and tortuosity of the medium. Microscopic observations and measurements of porosity on samples clogged supported schemes and deposit saturation retention sites. This experimental work is accompanied by modeling the dispersion equation convection with a term well simulated by a second order kinetics. It highlights the importance of particles already deposited and the initial porosity of the medium and the flow velocity.

Ce travail de thèse consiste à combattre le développement microbien des réservoirs de carburant aéronautiques dont le métabolisme entraine la production d’acides organiques susceptibles de corroder les parois métalliques des réservoirs. Des substances biocides sont habituellement utilisées pour éliminer les populations microbiennes. Ces substances peuvent être des composés organiques ou bien de manière plus courante du chrome (VI) sous forme de revêtement à la surface des parois afin de créer une couche passive et d’empêcher la corrosion chimique. Cependant, le chrome appartient à la catégorie des substances cancérogènes, mutagènes et reprotoxiques et se trouve maintenant soumis à restriction par la réglementation européenne Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals (REACh). Pour remplacer les systèmes en place, le choix s’est porté sur la préparation de particules polymères pH-sensibles capables de libérer une molécule biocide en présence de microorganismes. De telles particules sont obtenues par copolymérisation par métathèse de cyclo-oléfines (ROMP) de norbornène avec un macromonomère linéaire de polyglycidol α-norbornenyl. Ce dernier permet d’une part la stabilisation des particules et d’autre part la multifonctionnalisation de l’objet par des molécules de biocide. Celles-ci sont introduites sur la chaîne de polyglycidol via un lien imine pH-sensible par substitution des fonctions hydroxyle par des entités dodécylamine. La libération du biocide à un pH inférieur à 7 a été validée ainsi que les capacités de ces particules à lutter contre des microorganismes tel que Hormoconis resinae souche identifiée comme se développant dans les réservoirs d’avions. Dans une dernière étape, les particules fonctionnalisées dodécylamine ont été incorporées dans un revêtement usuel en aéronautique et la capacité des particules à ne pas altérer la résistance du revêtement de base à des conditions de corrosion extrêmes a permis de vérifier leur applicabilité dans ce domaine. / The aim of this Thesis work was to address the issue of microbial contamination inside fuel tanks. Microorganisms induce the chemical corrosion of airplane tank walls due to their production of organic acids. Biocide compounds are typically used to inhibit these microorganisms, either in the form of organic small molecules, or most commonly as chromium-based coatings on the walls to hinder chemical corrosion. Organic biocides need to be replenished regularly, while chromium is a particularly dangerous compound targeted by the European Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals (REACh) legislation due to its carcinogenic nature. A replacement approach selected for this project was the development of a smart system of multifunctional polymeric particles synthesized by dispersion ROMP, which can deliver a biocide following an acidic trigger due to the presence of microorganisms. The polymerization utilized a linear α-norbornenyl-polyglycidol macromonomer as a reactive surfactant. The hydroxyl-rich polyglycidol backbone of the macromonomer was beneficial for the conjugation of dodecylamine through a pH-sensitive imine bond and permitted the preparation of highly functionalized bioactive particles. A proof of concept for the pH sensitivity of the system was provided and the antifungal efficacy of the biocide-functionalized macromonomer and particles was verified. The particles were also integrated in a coating formulation to simulate their application on tank walls. The qualities of the original coating were preserved even after prolonged exposure to corrosive conditions, making this system viable for its foreseen application.

Le barrage poids en enrochement dont l’étanchéité est assurée par un masque en béton sur sa face amont est de plus en plus utilisé aujourd’hui. Son appellation courante est « CFRD1 ». La conception de ce type d’ouvrage est effectuée en suivant des « règles » de conception empiriques. Dans la dernière décennie, plusieurs barrages de type CFRD de grande hauteur ont subi la rupture de leur masque en béton lors de la première mise en eau, montrant ainsi la défaillance de l’approche empirique.Il s’avère alors nécessaire de comprendre les mécanismes physiques mis en jeu, notamment dans le comportement des enrochements sous fortes contraintes. Ce travail de thèse commence par une recherche bibliographique montrant que les fortes contraintes ont un effet important dans la rupture des particules. Cette rupture est influencée par les caractéristiques des particules, l’assemblage et les conditions mécaniques imposées. Une fois les facteurs influençant la rupture de particules identifiés, on s’intéresse aux modèles de comportement tenant compte de ce phénomène. La plupart des modèles étudiés englobent les différents facteurs d’influence dans un ou plusieurs paramètres difficilement identifiables par les essais mécaniques courants. Un modèle proposé dans le cadre de la thermodynamique prenant en compte la distribution de taille des particules a été retenu pour une analyse plus approfondie. Cette analyse aboutit au besoin d’identifier deux phénomènes importants : i) la distribution de tailles de particules suite à la rupture, et ii) la relation entre la rupture de particules et la dissipation d’énergie par frottement. Concernant le premier phénomène, un modèle probabiliste est proposé. Ce modèle tient compte de l’effet de la taille des particules dans la probabilité de rupture. La comparaison des simulations aux résultats expérimentaux pour un sable montre une bonne approximation de la variation des courbes granulométriques. Concernant la relation entre la rupture de particules et la dissipation d’énergie par frottement, des essais triaxiaux ont été analysés thermodynamiquement sur un plan « énergie reçue/énergie rendue » par le système (l’échantillon de sol). Sur ce plan, on étudie le comportement dissipatif sans rupture qui se traduit par une relation linéaire. Les matériaux présentant une rupture des particules montrent une relation différente. Donc, ce plan permet de mettre en évidence la différence entre l’énergie dissipée par le matériau sans rupture et celui avec rupture de grains. Cette différence est associée au travail mécanique dû à la rupture des particules. Différentes conclusions et perspectives sont proposées à ce point pour le développement de modèles de comportement. Une conséquence directe de la dépendance de la probabilité de rupture avec la taille des particules est l’existence d’un effet d’échelle. Une théorie d’effet d’échelle récemment proposée pour l’enveloppe de rupture a été validée dans le cadre des relations contraintes-déformations. Ceci permet de modéliser la réponse contrainte-déformation d’un matériau contenant des particules de taille significative à partir d’un matériau de granulométrie réduite.Finalement, quelques recommandations de modification aux pratiques existantes dans la conception de barrages à masque amont en béton ont été proposées suite à des analyses de modèles en éléments finis. / The concrete face rockfill dam (CFRD) is a type of dam widely constructed nowadays. The design “rules“ for this type of dam have remained totally empirical. During the last decade, several high CFRDs have experienced the cracking of the concrete face during first reservoir impounding. This shows the limitations of the current empirical state of practice. It is important to understand the different physical mechanisms leading to these problems, especially those concerning the mechanical behavior of rockfill materials. Looking for answers to this problem, this thesis starts by a bibliographic research which shows that particles breakage is an important issue on the mechanical behavior of rockfills. The particles breakage phenomenon is affected by the characteristics of individual particles, the packing conditions of the assembly and the imposed mechanical solicitations. Once the factors affecting particles breakage have been identified, we study the constitutive models that have introduced the particles breakage phenomena. Most of them reduce the influence of the different factors to a couple of parameters, which are not easily identifiable through current laboratory tests. One constitutive model proposed on a thermodynamic framework has been retained for a more detailed analysis. This analysis leads to two main topics of interest: i) the description of the grain-size distribution due to particles breakage, and ii) the relationship between dissipation of energy and particles breakage. Concerning the first topic, a probabilistic model is proposed to describe the evolution of particles breakage and the variation of the grain-size distribution curve. This model takes into account the dependency of breakage probability with particles size. The comparison between model response and laboratory experiences shows good agreement for the variation of the grain-size distribution curves.Concerning the relationship between dissipation of energy by friction and particles breakage, several drained triaxial tests have been studied thermodynamically on a plot called “input/output power” of the system (soil sample). On this plot, we study the dissipative behavior without particles breakage, which is characterized by a straight line. Materials experiencing particles breakage show a different form. Therefore this plot allows identifying the difference between the dissipated energy of materials with and without particles breakage. This difference is associated to the particles breakage phenomena. Several conclusions and future works are proposed at this point related to the description of the mechanical behavior of rockfills.A direct consequence of the dependency of particles breakage on the particles size is the existence of a size-scale effect. A theory recently proposed for the shear-strength envelope has been validated for the stress-strain relationships. This allows estimating the stress-strain response of a material with very coarse particles from a material with reduced grain-size distribution.Finally, some recommendations to the current practice of CFRDs design are proposed, based on analyses with finite element models.

La technique de changement d’échelles a été largement développée dans la littérature pour décrire le comportement global des milieux granulaires en prenant en compte leurs propriétés locales. Cette technique considère classiquement deux échelles : l’échelle macroscopique du volume élémentaire représentatif et l’échelle microscopique du contact entre particules. Le défi majeur de ce changement d’échelles "micro-macro" réside dans la définition de la déformation macroscopique : en effet, si la contrainte macroscopique peut être clairement définie à partir des forces de contact, il a été montré qu’il n’était pas approprié de déduire la déformation macroscopique à partir de la cinématique aux contacts. Dans ce cadre, ce travail propose d’introduire une troisième échelle dite mésoscopique. Cette échelle, à laquelle peuvent être définies à la fois contrainte et déformation, est intermédiaire entre les échelles microscopique et macroscopique et permet de palier au défi majeur mentionné ci-dessus. Elle est définie au niveau d’arrangements locaux de particules, appelés sous-domaines, et sa pertinence est étudiée sur la base d’échantillons numériques composés de particules circulaires puis sphériques, simulés par la méthode des éléments discrets. Les milieux bidimensionnels sont géométriquement représentés par un graphe de particules composé de sous-domaines fermés, encore appelés cellules de vide, dont la frontière est constituée de branches connectant les centres de particules en contact : l’échelle mésoscopique est donc définie au niveau de ces cellules de vide fermées. A cette échelle locale, on décrit tout d’abord la structure du milieu en termes de densité et de texture puis l’on définit les variables statique et cinématique locales du milieu en termes de contrainte et déformation. De fortes hétérogénéités des milieux granulaires en termes de structure, déformation et contrainte sont mises en évidence à l’échelle mésoscopique, avec de plus une structuration des hétérogénéités de contraintes et de déformations et une forte corrélation entre ces deux quantités. Concernant les milieux tridimensionnels, une partition en cellules de vide fermées est impossible du fait de la complexité de la structure 3D de ces milieux. On propose donc une méthode de partition du milieu basée sur la distribution des vides en son sein. La méthode consiste en premier lieu en une subdivision du milieu en tétraèdres, par une partition de Delaunay, puis en une association de tétraèdres voisins selon un critère prédéfini en vue de la création de sous-domaines, non fermés, mais au rôle analogue aux sous-domaines fermés de l’étude 2D. Le critère d’association proposé est basé sur le rapport entre la taille des constrictions (vide sur chaque face des tétraèdres) et la taille des pores au voisinage de chaque constriction. Cette méthode d’association constitue donc l’étape préliminaire à l’extension au cas tridimensionnel des résultats obtenus dans le cas bidimensionnel. / The technique of change of scales has been extensively developed in the literature to describe the global behaviour of granular materials taking into account their local properties. This method usually considers two scales : the macroscopic scale at the level of representative elementary volume and the microscopic scale at the level of contact between particles. The major difficulty of this "micro-macro" change of scales lies in the definition of the macroscopic strain : indeed, the macroscopic stress is clearly defined from contact forces while it is not appropriate to derive the macroscopic strain from the kinematics at contacts. In this framework, this work proposes to introduce a third scale called mesoscopic scale. This scale, at which both stress and strain can be defined, is intermediate between macroscopic and microscopic scales and allows to overcome the major difficulty mentioned above. The mesoscopic scale is defined at the level of local arrangements of particles, called sub-domains, and its relevance is studied on numerical 2D and 3D materials composed of circular then spherical particles, simulated with the discrete element method. Bidimensional media are geometrically represented by a particle graph composed of closed sub-domains, also called void cells, whose border is constituted by the branches joining the centers of particles in contact : the mesoscopic scale is thus defined at the level of these closed void cells. At this local scale, we fist describe the structure of the medium in terms of density and fabric ; we define then the static and kinematic variables in terms of stress and of strain. Strong heterogeneities of granular media in terms of structure, stress and strain are highlighted at this scale, with a structuration of heterogeneities of stress and strain and a significant correlation between these two quantities. Concerning tridimensional media, a partition into closed void cells is impossible, because of the complexity of the 3D structure of these media. We propose a partition method based on the distribution of voids inside the medium. This method consists first in subdividing the medium into tetrahedrons by a Delaunay partition and then in associating neighbouring tetrahedrons, according to a criterion to be defined. This allows us to form sub-domains which are not closed but which play a role analogous to the role of closed sub-domains in the 2D study. The proposed association criterion is based on the ratio between the size of constriction (void on each face of tetrahedrons) and the size of pores around each constriction. This partition method constitutes a preliminary step for an extension of the results obtained in the bidimensional case to the tridimensional case.

L’objectif de cette étude est de bien décrire les mécanismes impliqués dans la remise en suspension des microparticules en conduite ventilée. Une méthodologie expérimentale est utilisée, et cela en tenant compte de la période d’accélération de l’écoulement qui précède l’atteinte du régime permanent. Une méthode optique a été choisi pour étudier le mouvement initial des particules, et leur cinétique de remise en suspension. Parallèlement, nous avons recueilli des données locales de l’écoulement en période d’accélération et au régime permanent.Le démarrage de la remise en suspension a été analysé relativement à l’évolution temporelle de trois paramètres pouvant influencer le démarrage de la remise en suspension, le premier est la vitesse instantanée en proche paroi, le second est l’intensité turbulente, et enfin le troisième est l’énergie cinétique turbulente. Le paramètre prépondérant sur le démarrage de la remise en suspension semble être l’énergie cinétique turbulente. / The objective of this study is to well describe the mechanisms involved in the resuspension of particles in ventilated duct by using an experimental methodology and taking into account the acceleration of the air flow which always precedes steady state. For that purpose, we chose an optical method in order to investigate the initial movement of particles, and to quantify the resuspension kinetics. In parallel we collected local data of the flow during acceleration and steady state.We observed that the resuspension kinetics starts during the acceleration period and extends to steady state. We highlighted the relevant velocity characteristics (critical velocity at the center duct and close to the wall, critical kinetic energy range) to explain this phenomenon. The resuspension start seems to be linked with a critical kinetic energy range.