Les variations de température à la surface externe d'une conduite peuvent provoquer la solidification du fluide en écoulement interne, induisant la formation de dépôts solides sur les parois en contact avec le fluide. Ces dépôts peuvent s'avérer néfastes au bon fonctionnement du système intégrant cette conduite ce qui motive l'étude de ces phénomènes physiques afin de comprendre les mécanismes qui les gouvernent et de permettre leur prévention. Ce genre de situations peuvent être rencontrées dans le domaine pétrolier, par exemple lors du transport en pipeline d'huiles chargées de paraffines, d'hydrates ou d'asphaltènes ; dans le domaine agroalimentaire pour la circulation de produits liquides dans des tubes refroidis ou bien tout simplement pour des canalisations d'eau subissant un refroidissement. Dans la majorité des cas le fluide en écoulement dans les conduites pétrolières est un matériau à changement de phase (MCP) complexe et sa composition multiple avec des interactions entre la rhéologie, la constitution et la température impactant la thermo-hydrodynamique de l'écoulement et la cinétique de transition de phase. Dans le cadre de cette thèse nous proposons de nous pencher sur ces aspects par voie de modélisation. Dans la première partie de ce travail, nous avons développé un modèle physique basé sur la méthode enthalpique pour étudier l’impact de la convection naturelle sur des écoulements et des transferts thermiques avec transition de phase solide liquide dans différentes géométries (cavité carré, cylindre, sphère, autour d’un faisceau de cylindre, …). L'effet du maillage et de l'ordre de précision des schémas numérique est aussi présenté. Le même modèle a été utilisé pour analyser la cristallisation d’un mélange de deux paraffines dans des cellules calorimétriques (Differential Scanning Calorimetry). Pour cette étude, le modèle a été validé à l’aide des résultats expérimentaux de la technique DSC. Le problème de l’écoulement d’un mélange de deux paraffines dans une conduite cylindrique a été aussi abordé afin de prédire la cristallisation du mélange sur la paroi interne de la conduite. Une étude paramétrique a été effectuée pour analyser l’influence de différents paramètres (nombre de Reynolds, concentration initiale de la solution binaire, température de la paroi, …) sur la cinétique de la cristallisation du mélange. La deuxième partie de la thèse a été consacrée à l’étude de l’écoulement avec changement de phase liquide-solide d’un brut paraffinique dans des conduites pétrolières. En effet, la cristallisation des paraffines dans les bruts engendre un équilibre phase thermodynamique liquide/solide. Un modèle thermodynamique rendant compte de cet équilibre a été développé (et validé à l’aide de résultats expérimentaux disponible dans la littérature). Ce modèle nous a permis de prédire la température de cristallisation commençante (Wax Appearance Temperature), ainsi que la quantité de paraffines cristallisées. Ce modèle thermodynamique a été couplé avec un modèle physique reposant sur les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement, de l'énergie et des espèces pour décrire l’écoulement d’un brut paraffinique avec changement de phase liquide-solide dans des conduites pétrolières. Le modèle physique a été validé à l’aide de résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. / Temperature change at the outer surface of a pipe can cause solidification of the fluid flowing internally, inducing the formation of solid deposits on the walls in contact with the fluid. This kind of phenomena can be encountered in many situations in the industrial context such as petroleum industries, for example when transporting pipeline oils with paraffins, hydrates or asphaltenes; food industry for the flow of liquids in cooled tubes or simply for water pipes undergoing cooling.The rheology of the transported fluid, its composition and temperature are among the key factors that influence the thermo-hydrodynamics of the flow and the kinetics of the formation of the deposits. The analysis of their impact is required to enhance the understanding of these mechanisms in order to avoid their undesirable effects as fouling or complete blockage of pipes.In this thesis we propose to study these mechanisms by numerical modelling. We will focus on the modelling of phase change and especially on the description of liquid-solid interfaces by models able to integrate the thermodynamics of physical phenomena such as diffuse interface methods. We seek the two-dimensional numerical resolution of the equations of flow, heat and mass transfer while taking into account the coupling between rheology, composition and temperature in the liquid phase as well as at the interface. The work will be undertaken in the basis of the in-house computational fluid dynamics (CFD) code developed in the laboratory.

La séparation des énantiomères de principes actifs pharmaceutiques suscite un vif intérêt en raison des propriétés pharmacologiques, toxicologiques ou biologiques différentes qui peuvent exister entre deux isomères optiques. Le développement de méthodes d'analyse spécifiques et sensibles est donc nécessaire afin de contrôler la présence de traces de l'énantiomère inactif dans des lots de fabrication de médicaments.<br /> L'utilisation d'un détecteur à dichroïsme circulaire en chromatographie en phase liquide a permis de déterminer simultanément les puretés optique et chimique de plusieurs principes actifs pharmaceutiques. La sensibilité de la détection dichroïque est toutefois influencée par différents facteurs (nature des chromophores de l'analyte, pH de la phase mobile, température de la cellule de détection, utilisation d'un filtre électronique). Malgré un manque de sensibilité, le détecteur à dichroïsme circulaire permet de déterminer rapidement la pureté énantiomérique de principes actifs en CPL, sans séparation préalable des énantiomères sur un support chiral.<br /> D'autre part, l'aptitude de l'électrophorèse capillaire à séparer des énantiomères de pesticides possédant des hétéroatomes comme centres d'asymétrie a été confirmée. Ainsi, la séparation des énantiomères d'un pesticide organophosphoré et de ses deux métabolites chiraux a été réalisée. Cette méthode a été pré-validée puis appliquée à des matrices environnementales.<br /> Enfin, la simplicité d'utilisation et la sensibilité de la détection conductimétrique sans contact à couplage capacitif sont des atouts indéniables lors de la détermination de la pureté énantiomérique d'amines dénuées de groupements chromophores en électrophorèse capillaire.

L'étude de la photoréactivité du couple méthoxy-p-quinone/méthoxyhydroquinone en solution a permis d'appréhender son importance dans la photodégradation des pâtes à papier à haut rendement. Le mécanisme de la photocyclisation de phényl-p-benzoquinones et d'un analogue, la 4,4'-diméthoxybiphényle-2,5,2',5'-diquinone issue du couplage entre la méthoxy-p-quinone et la méthoxyhydroquinone, a été déterminée par irradiation continue et spectroscopie résolue dans le temps.

L'objectif de ce travail de thèse est l'élaboration du silicium polycristallin en phase liquide, sur substrat de verre borosilicate, en utilisant l'irradiation par laser continu de forte puissance d'un film de silicium amorphe. Des simulations numériques modélisant l'interaction laser-silicium amorphe ont été effectuées grâce à un modèle que nous avons développé sur l'outil COMSOL. Nous avons ainsi pu suivre l'évolution des transferts thermiques dans les différentes structures Si/verre irradiées par laser et ainsi pu évaluer l'impact des paramètres expérimentaux tels que la vitesse de balayage, la puissance du laser, la température du substrat sur les seuils de transition de phase du Si amorphe (fusion, cristallisation, évaporation). Ces résultats de simulation ont été confrontés à des données réelles obtenues en réalisant différentes expériences d'irradiation de films Si amorphe. Les résultats de cette comparaison ont été largement discutés. Dans une deuxième partie, nous avons étudié les propriétés structurales et morphologiques de films Si polycristallin obtenus par l'irradiation laser de films Si amorphe. En particulier, nous avons mis en évidence les effets de la présence d'impuretés tels que l'hydrogène ou l'argon présent dans les couches Si amorphe préalablement au traitement laser. Nous avons également montré que la croissance des cristaux silicium s'opère par épitaxie à partir d'un effet de gradient thermique latéral et longitudinal, produit respectivement par le profil énergétique du faisceau laser et la diffusion thermique par conduction, et par convection thermique dans la direction de balayage. L'optimisation des conditions opératoires nous a permis de réaliser des films Si polycristallin à larges grains, jusqu'à plusieurs centaines de µm de long sur plusieurs dizaines de µm de large. Ces structures sont très intéressantes pour des applications en électronique et en photovoltaïque.

Le caramel liquide, obtenu par le traitement thermique des sucres, est couramment utilisé pour modifier le goût ou la couleur des produits agroalimentaires.Parmi les promoteurs de caramélisation autorisés, l'ammoniaque (pour les caramels colorants de classe III) et les sels d'ammonium (pour ceux de classe IV) sont source de composés néoformés indésirables (CNI) comme le 2-acétyl-4-(1,2,3,4-tétrahydroxybutyl)imidazole (THI), immunosuppresseur, et le 4-méthylimidazole (4MeI), agent convulsif. Ces molécules ont des teneurs limitées par la réglementation Européenne à 10 et 250 ppm respectivement. Pour améliorer la connaissance de la chimie du caramel et la qualité des caramels colorants en contrôlant la formation des CNI, il est nécessaire de développer des méthodes analytiques fiables, rapides et faciles à mettre en œuvre. Ce travail de thèse présente le développement de nouvelles méthodes basées sur la chromatographie en phase liquide à deux-dimensions (LC-LC). Ces méthodes très sélectives permettent de minimiser le temps d'analyse puisque la préparation de l'échantillon se réduit à une simple dilution dans l'eau et les deux séparations chromatographiques en cascade sont réalisées sur un système totalement automatisé. La validation des méthodes par les profils d'exactitude a permis d'assurer que 90 % des résultats sont à moins de 20 % de la valeur vraie dans le domaine de concentration 10 à 50 ppm pour le THI, 20 à 500 ppm pour le 4MeI, 200 à 2500 ppm pour le fructose, saccharose, lactose, maltose et maltotriose et 500 à 2500 ppm pour le glucose.Ces méthodes sont enfin appliquées au suivi de la réaction de caramélisation et au contrôle qualité des produits finis.

Dans cette thèse, des structures MEMS de type micropoutre ont été conçues pour des applications capteurs. Un procédé de fabrication alternatif au silicium, associant la technique de sérigraphie à l'utilisation d'une couche sacrificielle (SrCO3), a été utilisé pour la réalisation de micropoutres piezoélectriques (PZT, matériau servant à la fois d'actionneur et de transducteur) dans un premier temps. Des tests de détection en phase gazeuse ont été réalisés avec et sans couche sensible avec succès à l'aide du mode de vibration non conventionnel 31-longitudinal. Le toluène a notamment pu être détecté à des concentrations voisines de 20ppm avec une couche sensible PEUT. D'autres espèces telles que l'eau, l'éthanol ou l'hydrogène ont été détectés sans couches sensibles afin de s'affranchir des contraintes liées à celle-ci (vieillissement notamment). Des tests préliminaires de caractérisation en milieu liquide ont également été réalisés avec dans l'optique la détection d'espèces en phase liquide. Par ailleurs, un capteur de force a été conçu et réalisé avec le même procédé de fabrication. Ce dernier est composé d'une micropoutre en matériau diélectrique sur laquelle est intégrée une piezorésistance servant à la transduction du signal associé à la déformation subie par la micropoutre. Des détections de force en mode statique (sans actionneurs) ont permis de caractériser les capteurs, notamment en termes de sensibilité, de gamme de force et de force minimale détectable ou encore de linéarité.

On s'intéresse dans ce travail à la simulation et l'approximation d'écoulements diphasiques avec transition de phase. Il s'agit de modéliser la dynamique d'une bulle de cavitation. Le modèle repose sur les équations d'Euler en coordonnées sphériques, l'interface gaz-liquide étant indiquée par une fonction de couleur. Dans une première partie, aucun transfert de masse n'est supposé. Un schéma Lagrange-projection est d'abord proposé : seule l'interface est déplacée à la vitesse du fluide. La projection repose sur un algorithme de suppression-découpage qui assure que les volumes ne deviennent pas négatifs. Le second chapitre traite du terme source géométrique. On construit un schéma équilibre articulé autour du schéma VFRoe-ncv pour lequel on propose une correction entropique non paramétrique. Un méthode d'ordre élevé de type Galerkin discontinu est ensuite étudiée dans le cadre de la magnétohydrodynamique. L'intégration en temps est réalisée par une méthode de type Adams-Bashforth, qui s'avère bien adaptée aux algorithmes de pas de temps local. La deuxième partie de la thèse traite de la modélisation du changement de phase liquide-vapeur. L'inf-convolution et la transformée de Legendre définissent une structure naturelle pour la construction de loi de pression de mélange. En particulier on montre que la construction de Maxwell est équivalente à la construction de l'enveloppe convexe de l'énergie de van der Waals. Un algorithme de transformée de Legendre rapide, adapté à la prise en compte correcte des bords du domaine de calcul de loi d'état, est développé. La méthode est appliquée à la construction de lois de pression tabulées de mélanges binaires miscibles ou immiscibles de gaz raides.

L'un des luminophores utilisés dans les lampes trichromatiques est un phosphate mixte de lanthane-cérium-terbium La_1-x-yCe_xTb_yPO₄. Ses propriétés optiques et morphologiques doivent être adaptées à son utilisation. Ce travail concerne l'étude et l'optimisation de ces propriétés. Comme le luminophore est obtenu par calcination d'un précurseur, il apparaît que cette étape a une influence sur son rendement quantique, c'est à dire sur son efficacité. C'est la nature de l'atmosphère de calcination qui est déterminante. La morphologie finale du luminophore peut être contrôlée par l'ajout, avant l'étape de calcination, d'un composé au précurseur. La nature de ce composé dépend des impuretés présentes dans le précurseur et provenant de la synthèse de celui-ci.

Les opérations industrielles de cristallisation adoptent en général une démarche phénoménologique qui consiste à choisir en fonction de la qualité recherchée du produit les valeurs des paramètres d'action sans réellement maîtriser, à l'échelle élémentaire, l'ensemble des processus à l'origine de la cristallogénèse Une des conséquences de cette démarche est un surcoût de production qu'une maîtrise ou du moins une meilleure connaissance des mécanismes de la cristallisation pourrait partiellement éviter. A l'échelle du laboratoire, l'étude fondamentale de la précipitation doit nécessairement concerner un système simple où l'ensemble des caractéristiques des phases liquide et solide peuvent être aisément déterminées. Celui-ci doit, d'autre part, permettre l'étude des processus concourant à la formation de la phase solide. Les travaux exposés ont pour but de déterminer l'influence de certains paramètres d'action et/ou d'effectuer une modélisation numérique, cinétique ou thermodynamique des étapes unitaires de la cristallisation. Celles-ci sont présentées à travers ce mémoire indépendamment les uns des autres ce qui permet au lecteur de se référer à un processus déterminé sans avoir acquis la connaissance des autres parties de cette thèse.

Les nitrosamines constituent une famille de composés posant un risque pour la santé des gens. Depuis la fin des années cinquante, 90% des nitrosamines ont été prouvées ou suspectées cancérogènes pour l'homme. Ces substances peuvent être retrouvées dans l'air, entre autres dans les milieux de travail. Les concentrations les plus importantes de nitrosamines volatiles ont été retrouvées dans les procédés de fabrication du caoutchouc. La valeur d'exposition admissible (VEA) recommandée par l'Institut national de santé publique du Québec (INSPQ) dans une revue de littérature récente est de 1 μg/m3 de nitrosamines. Les faibles concentrations à analyser demandent donc des outils et des méthodes d'analyse hautement spécifiques et sensibles. Depuis 2007, les laboratoires de l'IRSST ont effectué un important développement qui a permis de mettre au point une méthode d'analyse de huit nitrosamines dans l'air par chromatographie gazeuse avec détecteur azote phosphore (CG-DAP). Cependant, cette méthode peut parfois présenter des limitations quant à sa spécificité. Le spectromètre de masse étant très sélectif et sensible à la fois, une méthode couplant la chromatographie liquide à la spectrométrie de masse (CLHP-MS) a été développée dans le but de doser de basses concentrations de nitrosamines dans l'air. L'échantillonnage s'effectue avec le tube adsorbant développé par l’INRS (France). La méthode de désorption mise au point permet une récupération moyenne de 96,00 ± 0,08 %. Les limites de quantification obtenues lors des validations préliminaires de la méthode d'analyse par CLHP-MS varient de 0,03 μg/m3 à 0,09 μg/m3 selon la nitrosamine. Les valeurs obtenues représentent respectivement 3 % à 9 % de la norme recommandée par l'INSPQ pour 800 L de volume d'air échantillonné (400 minutes d'échantillonnage à 2 L/min). Le domaine d'applicabilité de la méthode est de 0,07 μg/m3 à 1,75 μg/m3 ce qui couvre les concentrations visées par l'INSPQ. Les résultats démontrent une détection spécifique et sensible des nitrosamines. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Nitrosamines, CLHP-MS, Analyse de l'air, Caoutchouc, GC-DAP.