By-products of fruit, cereal and vegetable processing are often regarded as waste while they contain significant amounts of dietary fibre and phytochemicals that can positively contribute to the human diet when reused as food ingredient. The application of fibre from by-products in baked goods could increase the sustainability of the processing chain but is usually associated with changes in product characteristics, such as lower volume, denser structure and increased hardness. In the current study, the interactions of fibres from by-products and wheat macromolecules were analysed in muffins, starch slurries and wheat doughs. The three selected fibres differed significantly in their chemical composition and technofunctional properties. In muffins wheat flour replacement by apple fibre was assessed by rheological measurements of batter and determination of product characteristics. Water proportion adaption based on batter viscosity to create isoviscosity was evaluated as a promising method to develop muffins with satisfying characteristics, where a wheat flour replacement of 30 % is suggested. The addition of apple fibre influenced starch gelatinisation in muffins during baking as indicated by the results of pasting experiments and in vitro starch digestion. Starch slurries with apple and wheat fibre were analysed in pasting experiments. Soluble dietary fibre, mainly pectin, strongly influenced the pasting profile of wheat starch, in comparison to insoluble dietary fibre, that acted as an inert filler and did not interact with the starch. Wheat doughs with fibre from by-products were analysed for rheology, texture and microstructure. The gluten development was negatively influenced by the fibres, which resulted in less extensible doughs. Soluble dietary fibre resulted in increased dough stickiness and limited dough handling at high application levels. It can be reasoned that dough with 10% fibre from by-products would produce products with satisfying characteristics, whereas higher application levels cannot be recommended without using additives to increase the gluten strength. Fibres from by-products are suitable wheat flour replacers in bakery products, where the negative effects of the high water binding capacity of the fibre, can be partly balanced by water proportion adaption, especially in products were gluten development is not that dominating for product structure, like in muffins or cakes. / Nebenprodukte der Obst-, Getreide- und Gemüseverarbeitung werden oft als Abfall betrachtet, wobei sie signifikante Gehalte an Ballaststoffen und sekundären Pflanzeninhaltsstoffen aufweisen, und bei der Verwendung als Lebensmittelzutat positiv zur menschlichen Ernährung beitragen können. Die Anwendung von Fasern aus Nebenprodukten in Backwaren könnte die Nachhaltigkeit der Verarbeitungskette erhöhen, ist jedoch mit Änderungen der Produkteigenschaften verbunden, wie verringertes Volumen, dichtere Struktur und erhöhte Härte. In der vorliegenden Studie wurden die Wechselwirkungen von Fasern und Weizenmakromolekülen in Muffins, Stärkesuspensionen und Weizenteigen analysiert, wobei sich die drei ausgewählten Fasern in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren technofunktionellen Eigenschaften unterschieden. In Muffins wurde die Mehlsubstitution durch Apfelfaser anhand von Teigrheologie und Produkteigenschaften analysiert. Die Anpassung des Wassergehaltes basierend auf der Teigviskosität wurde als vielversprechende Methode zur Entwicklung von Muffins mit akzeptablen Eigenschaften bewertet, wodurch ein Mehlersatz von 30% möglich war. Die Zugabe von Apfelfasern beeinflusste die Stärkeverkleisterung in Muffins, wie durch die Ergebnisse von Verkleisterungsexperimenten und In vitro-Stärkeverdauung gezeigt wurde. Stärkesuspensionen mit Apfel- und Weizenfasern wurden auf ihr Verkleisterungsverhalten analysiert. Lösliche Ballaststoffe beeinflussten das Verkleisterungsprofil von Weizenstärke im Vergleich zu unlöslichen Ballaststoffen, die als inerter Füllstoff fungierten und nicht mit der Stärke in Wechselwirkung traten. Weizenteige mit Fasern wurden auf Rheologie, Textur und Mikrostruktur untersucht. Die Glutenentwicklung wurde durch die Fasern negativ beeinflusst, was zu weniger dehnbaren Teigen führte. Lösliche Ballaststoffe führten zu einer erhöhten Teigklebrigkeit. Weizenteig mit 10% Faser besitzt zufriedenstellenden Eigenschaften, während höhere Fasermengen nicht zu empfehlen sind, ohne Zusatzstoffe, um die Glutenfestigkeit zu erhöhen. Fasern aus Nebenprodukten sind geeignet als Mehlersatz in Backwaren, wobei die negativen Auswirkungen der hohen Wasserbindekapazität der Faser teilweise durch Wasseranpassung ausgeglichen werden können, insbesondere in Produkten, bei denen die Glutenentwicklung nicht die Produktstruktur dominiert, wie in Muffins oder Kuchen.

Les enjeux de santé publique et de développement durable conduisent à intensifier l’utilisation de protéines végétales notamment dans les secteurs de biens de consommation comme l’industrie pharmaceutique,l’agro-alimentaire et les cosmétiques. La levée récente de certains verrous technologique permet aujourd’hui la purification industrielle de protéines végétales issus de tourteaux provenant de la production d’huiles végétales. Ces protéines sont valorisables comme substituts aux graisses saturées dans la structuration d’huiles à destination de la consommation humaine. Le manque de texture d’huiles végétales insaturées peut être compensé par ces protéines jouant le rôle de stabilisants et de gélifiants dans les émulsions. Nous nous intéressons aux propriétés fonctionnelles des protéines de blé, de tournesol et de colza, en volume et aux interfaces. Nous avons montré que des gels de protéines de tournesol avec des élasticités modulables sont obtenus par dénaturation thermique. La dynamique de formation de films protéique aux interfaces fluides a été étudiée en combinant des mesures de tensiométrie, de viscoélasticité dilatationnelle et d’ellipsométrie. Les mesures sur plusieurs ordres de grandeurs en concentrations et en temps mettent en évidence différents régimes de structuration associés à différentes dynamiques d’adsorption pour les trois protéines de blé, de tournesol et de colza étudiées. Nous discutons également le rôle de la flexibilité des protéines dans ces différents régimes de structuration. / Challenges of public health and sustainable development trend to intensify the use of vegetables proteins, particularly in consumer goods sectors such as pharmaceutical, food and cosmetics industries. The recent overcome of technical limitation allows the industrial purification of vegetables proteins derived from meal made by vegetable oils production. These proteins are valuable as substitutes for saturated fats in structuring oils for human consumption. The lack of unsaturated vegetable oil texture can be reduced by these proteins acting as stabilizers and gelling agents in emulsions. We are interested in the functional properties of wheat, sunflower and rapeseed proteins, by volume and at interfaces. We have shown that sunflower protein gels with modulable elasticities are obtained by thermal denaturation. In addition, we studied the dynamics of protein film formation at fluid interfaces by combining measurements of tensiometry, dilatational viscoelasticity and ellipsometry. We highlight different structuring regimes and discuss the role of protein flexibility in this structuring.

Devant l'insuffisance des tests empiriques traditionnellement utilisés pour évaluer les bitumes routiers, la rhéologie s'est imposée comme l'outil principal d'étude de leurs performances à basse température. Les essais ne sont cependant pas pertinents dès lors que l'on cherche à mettre en regard la composition chimique des bitumes et le phénomène de rupture (cohésive ou adhésive). Ainsi, l'énergie nécessaire à la création de surface et la présence d'hétérogénéités sont des paramètres qui influent sur la propagation de la fissure dans le bitume, et qui ne sont pas directement pris en compte par leur seule caractérisation rhéologique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'étude du comportement à la rupture en pelage de films de bitume. Le choix de ce type d'essai a été motivé par sa bonne similitude avec les configurations de répartition des bitumes dans les enrobés. Sur la base de travaux effectués par Ramond et Such (1980), le comportement de ces films de bitume a été étudié sous sollicitation de pelage monotone à 90° dans différentes conditions thermo-mécaniques. L'objectif de ce travail est de chercher à évaluer le rôle des fonctions polaires et de la présence d'inclusions, de tailles et d'origines différentes sur le comportement à la rupture. Dans une première partie, une étude bibliographique, partant de l'adhérence des solides, résume les connaissances acquises à ce jour sur les bitumes, leur rhéologie et leur comportement à la rupture, en se focalisant en particulier sur les principales caractéristiques physico-chimiques des bitumes susceptibles d'avoir une influence sur la propagation de la fissure. Dans une deuxième partie, nous présentons les matériaux et les techniques utilisés au cours de cette étude, avec une attention particulière pour les méthodes d'analyse viscoélastique et de rupture par pelage. Dans une troisième partie, nous étudions l'influence du grade de bitume sur l'énergie de cohésion afin de mettre en place une méthodologie permettant de comparer le comportement de liant ayant, dans un domaine de fréquence et de température, la même réponse rhéologique. Dans une quatrième partie, cette méthodologie est d'abord validée sur des liants synthétiques modèles. Puis, nous y présentons des résultats visant à quantifier l'incidence des propriétés interfaciales sur l'ouverture d'une fissure. Dans une cinquième partie, qui a porté sur des liants bitumineux, nous montrons le rôle des instabilités colloïdales dans la rupture, en découplant les effets selon la nature, la taille et la fraction massique d'inclusions solides présentes dans le liant.

Le procédé d'élaboration par chauffage des composites à matrice thermodurcissable est limité par les temps caractéristiques correspondant à la diffusion de la chaleur ; l'utilisation du chauffage par hystérésis diélectrique a montré la solution qu'il était possible d'apporter à cette limitation. Toutefois, la réduction de la durée de l'opération thermique est fonction de la mise forme du matériau résultant du fluage de la matière.<br />La thèse comprend :<br />- premièrement les analyses électromagnétiques, chimique et thermique des conditions de mise en uvre du chauffage par hystérésis diélectrique pour des objets en matériau composite à fibres de verre unidirectionnelles,<br />- deuxièmement les caractérisations physiques et chimiques de la matrice (résine époxydique associée au durcisseur) en fonction de la température et en fonction des paramètres de son écoulement. Ces caractérisations comprennent la mesure de viscosité, la mesure de l'avancement de la réaction par DSC, les caractérisations diélectriques, la caractérisation des mélanges réactifs par GPC,<br />- troisièmement, l'application de ces analyses à la maîtrise du procédé.<br />La thèse conduit à une synthèse de l'ensemble des paramètres physiques et à leurs interdépendances pendant la mise en forme des matériaux.

L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes de déformation intervenant durant l'étape de mise en forme par thixoforgeage. L'étude porte sur un alliage à bas point de fusion, un alliage de Plomb-Etain (Sn-15%Pb) et sur des alliages à haut point de fusion, deux aciers (C38 et C80). L'état semi-solide et la structure globulaire sont obtenus par refusion partielle. Divers essais rhéologiques (indentation, filages axial et radial) ont été menés afin de connaître les différents facteurs ayant une influence forte sur les mécanismes de déformation. Ainsi, la structure primaire a une influence directe sur la valeur de l'effort durant la mise en forme et deux domaines d'écoulement, dépendant de la vitesse de déformation, ont été mis en évidence. Suite à un travail bibliographique, aux observations microstructurales et aux essais expérimentaux réalisés, une modélisation du comportement des matériaux semi-solides a été développée. Elle repose sur un nouveau modèle trois phases basée sur une transition d'échelle. Celui-ci prend en compte une distribution bimodale des phases liquide et solide permettant de mettre en avant les mécanismes de déformation très localisés mais contrôlant le comportement global du matériau semi-solide. L'introduction d'une variable interne et le choix spécifique d'un motif morphologique représentatif permettent de traduire l'évolution de la microstructure durant la déformation et la localisation de la déformation. Le modèle a été appliqué à divers alliages (Plomb-Etain, Magnésium, Aluminium, Acier) et donne des résultats prédictifs très satisfaisants.

Ce manuscript d'Habilitation à Diriger des Recherches présente mes travaux de recherche pour la période 2000-2011, pendant laquelle je me suis intéressée à la description et à la compréhension de la dynamique d'écoulement des mousses aqueuses ainsi qu' à l'écoulement de liquide et de particules dans un tel milieu. Une brève introduction aux mousses aqueuses dé finit le matériau et ses propriétés caractéristiques ainsi qu'un vocabulaire parfois spéci fique à la communauté "mousse". Les problèmatiques et leur contexte sont présentés plus précisément au début de chaque chapitre ou sous-chapitre.

Indonesia is one of the countries most prone to natural hazards. Complex interaction of several tectonic plates with high relative velocities leads to approximately two earthquakes with magnitude Mw>7 every year, being more than 15% of the events worldwide. Earthquakes with magnitude above 9 happen far more infrequently, but with catastrophic effects. The most severe consequences thereby arise from tsunamis triggered by these subduction-related earthquakes, as the Sumatra-Andaman event in 2004 showed. In order to enable efficient tsunami early warning, which includes the estimation of wave heights and arrival times, it is necessary to combine different types of real-time sensor data with numerical models of earthquake sources and tsunami propagation. This thesis was created as a result of the GITEWS project (German Indonesian Tsunami Early Warning System). It is based on five research papers and manuscripts. Main project-related task was the development of a database containing realistic earthquake scenarios for the Sunda Arc. This database provides initial conditions for tsunami propagation modeling used by the simulation system at the early warning center. An accurate discretization of the subduction geometry, consisting of 25x150 subfaults was constructed based on seismic data. Green’s functions, representing the deformational response to unit dip- and strike slip at the subfaults, were computed using a layered half-space approach. Different scaling relations for earthquake dimensions and slip distribution were implemented. Another project-related task was the further development of the ‘GPS-shield’ concept. It consists of a constellation of near field GPS-receivers, which are shown to be very valuable for tsunami early warning. The major part of this thesis is related to the geophysical interpretation of GPS data. Coseismic surface displacements caused by the 2004 Sumatra earthquake are inverted for slip at the fault. The effect of different Earth layer models is tested, favoring continental structure. The possibility of splay faulting is considered and shown to be a secondary order effect in respect to tsunamigenity for this event. Tsunami models based on source inversions are compared to satellite radar altimetry observations. Postseismic GPS time series are used to test a wide parameter range of uni- and biviscous rheological models of the asthenosphere. Steady-state Maxwell rheology is shown to be incompatible with near-field GPS data, unless large afterslip, amounting to more than 10% of the coseismic moment is assumed. In contrast, transient Burgers rheology is in agreement with data without the need for large aseismic afterslip. Comparison to postseismic geoid observation by the GRACE satellites reveals that even with afterslip, the model implementing Maxwell rheology results in amplitudes being too small, and thus supports a biviscous asthenosphere. A simple approach based on the assumption of quasi-static deformation propagation is introduced and proposed for inversion of coseismic near-field GPS time series. Application of this approach to observations from the 2004 Sumatra event fails to quantitatively reconstruct the rupture propagation, since a priori conditions are not fulfilled in this case. However, synthetic tests reveal the feasibility of such an approach for fast estimation of rupturing properties. / Indonesien ist eines der am stärksten von Naturkatastrophen bedrohten Länder der Erde. Die komplexe Interaktion mehrer tektonischer Platten, die sich mit hohen Relativgeschwindigkeiten zueinander bewegen, führt im Mittel zu ungefähr zwei Erdbeben mit Magnitude Mw>7 pro Jahr, was mehr als 15% der Ereignisse weltweit entspricht. Beben mit Magnitude über 9 sind weitaus seltener, haben aber katastrophale Folgen. Die schwerwiegendsten Konsequenzen hierbei werden durch Tsunamis verursacht, welche durch diese Subduktionsbeben ausgelöst werden, wie das Sumatra-Andamanen Ereignis von 2004 gezeigt hat. Um eine wirksame Tsunami-Frühwarnung zu ermöglichen, welche die Abschätzung der Wellenhöhen und Ankunftszeiten beinhaltet, ist es erforderlich, verschieden Arten von Echtzeit-Sensordaten mit numerischen Modellen für die Erdbebenquelle und Tsunamiausbreitung zu kombinieren. Diese Doktorarbeit wurde im Rahmen des GITEWS-Projektes (German Indonesian Tsunami Early Warning System) erstellt und umfasst fünf Fachpublikationen und Manuskripte. Projektbezogene Hauptaufgabe war die Erstellung einer Datenbank mit realistischen Bebenszenarien für den Sundabogen. Die Datenbank beinhaltet Anfangsbedingungen für die Tsunami-Ausbreitungsmodellierung und ist Teil des Simulationssystems im Frühwarnzentrum. Eine sorgfältige Diskretisierung der Subduktionsgeometrie, bestehend aus 25x150 subfaults, wurde basierend auf seismischen Daten erstellt. Greensfunktionen, welche die Deformation, hervorgerufen durch Verschiebung an den subfaults ausmachen, wurden mittels eines semianalytischen Verfahrens für den geschichteten Halbraum berechnet. Verschiedene Skalierungsrelationen für Erdbebendimension und slip-Verteilung wurden implementiert. Eine weitere projektbezogene Aufgabe war die Weiterentwicklung des ‚GPS-Schild’-Konzeptes. Dieses besteht aus einer Konstellation von GPS-Empfängern im Nahfeldbereich, welche sich als sehr wertvoll für die Tsunami-Frühwarnung erweisen. Der größere Teil dieser Doktorarbeit beschäftigt sich mit der geophysikalischen Interpretation von GPS-Daten. Coseismische Verschiebungen an der Erdoberfläche, ausgelöst durch das Erdbeben von 2004, werden nach slip an der Verwerfung invertiert. Die Wirkung verschiedener Erdschichtungsmodelle wird getestet und resultiert in der Bevorzugung einer kontinentalen Struktur. Die Möglichkeit von splay-faulting wird untersucht und erweist sich als zweitrangiger Effekt bezüglich der Tsunamiwirkung für dieses Ereignis. Die auf der Quelleninversion basierenden Tsunamimodelle werden mit satellitengestützen Radaraltimetriedaten verglichen. Postseismische GPS-Daten werden verwendet, um einen weiten Parameterbereich uni- und bi-viskoser Modelle der Asthenosphäre zu testen. Dabei stellt sich stationäre Maxwell-Rheologie als inkompatibel mit Nahfeld-GPS-Zeitreihen heraus, es sei denn, eine große Quantität an afterslip, entsprechend etwa 10% des coseismischen Momentes, wird angenommen. Im Gegensatz dazu ist die transiente Burgers-Rheologie ohne große Mengen an afterslip kompatibel zu den Beobachtungen. Der Vergleich mit postseismischen Geoidbeobachtungen durch die GRACE-Satelliten zeigt, dass das Modell basierend auf Maxwell-Rheologie, auch mit afterslip, zu kleine Amplituden liefert, und bekräftigt die Annahme einer biviskosen Rheologie der Asthenosphäre. Ein einfacher Ansatz, der auf einer quasi-statischen Deformationsausbreitung beruht, wird eingeführt und zur Inversion coseismischer Nahfeld-GPS-Zeitreihen vorgeschlagen. Die Anwendung dieses Ansatzes auf Beobachtungen vom Sumatra-Beben von 2004 ermöglicht nicht die quantitative Rekonstruktion der Ausbreitung des Bruches, da die notwendigen Bedingungen in diesem Fall nicht erfüllt sind. Jedoch zeigen Experimente an synthetischen Daten die Gültigkeit eines solchen Ansatzes zur raschen Abschätzung der Bruchausbreitungseigenschaften.

Au cours de leur mise en forme, les alliages de titane destinés à la fabrication de pièces tournantes pour moteurs d'avions suivent un schéma thermomécanique complexe constitué généralement de plusieurs opérations de forgeage. L'étape de forgeage dans le domaine monophasé β joue un rôle important, car elle conditionne la transformation de phases qui s'opère au cours du refroidissement ou du traitement thermique consécutif dans le domaine biphasé α-β, et donc les propriétés mécaniques finales de la pièce. La maîtrise de l'évolution de la microstructure et de la texture cristallographique au cours du forgeage dans le domaine β est donc indispensable pour optimiser l'ensemble du procédé de mise en forme. Pour cela, il est important de bien comprendre les mécanismes de recristallisation dynamique (continue et géométrique) se produisant dans ce type de matériau.Dans cette étude, les effets de la température, de la déformation et de la vitesse de déformation ont été étudiés au moyen d'essais de compression uniaxiale et de torsion à chaud. Les microstructures et textures de déformation ont été caractérisées par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Ces approches expérimentales sont associées à un travail de modélisation, pour lequel le schéma de recristallisation dynamique "continue" (ou CDRX), consistant en une fragmentation progressive des grains β initiaux par la formation de nouveaux joints de grains, a été adapté à partir d'études antérieures. Les paramètres caractérisant les mécanismes élémentaires de la CDRX (écrouissage, restauration dynamique, migration des joints) ont été déterminés par ajustement sur les données expérimentales.Ces travaux ont pour objectif l'élaboration d'un post-processeur métallurgique dédié au forgeage des alliages de titane en phase β.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Kernformstofffließens als nichtnewtonsche Fluidströmung. Dazu werden verschiedene Formgrundstoffe und Kernformstoffe rheologisch untersucht. Als Bindersysteme kommen PUR Coldbox und Wasserglas zum Einsatz. Für diese Untersuchungen wird ein eigens für diesen Zweck entwickeltes Messgerät verwendet. Die gewonnenen Daten werden in ein numerisches Modell implementiert, welches mit den Methoden der numerischen Strömungsmechanik den Kernschießvorgang abbildet. Dabei kommt der Open Source CFD Code OpenFOAM zum Einsatz. Der Kernschießvorgang wird mit verschiedenen Kernkastengeometrien numerisch und experimentell untersucht und die Ergebnisse verglichen. Die Ergebnisse der rheologischen Untersuchungen zeigen deutlich den Einfluss der Beschaffenheit des Formgrundstoffes und des Bindersystems auf die Fließfähigkeit des Kernformstoffes. Der Vergleich zwischen Experiment und Simulation zeigt gute Übereinstimmung. Das formulierte Modell gibt die Möglichkeit, Probleme in der Kernqualität vorherzusagen.

Ce travail expérimental cherche à mieux<br />caractériser, au moyen des techniques de diffusion de la lumière,<br />la dynamique de certains systèmes colloidaux qui montrent un<br />comportement rhéologique complexe. Il s'articule autour de deux<br />points: le rajeunissement et la formation des bandes de<br />cisaillement dans un système colloidal vitreux, et le<br />phenomène du jamming dans une suspension concentrée de particules<br />chargées. Dans une suspension de Laponite -système modèle pour les<br />colloides vitreux- la compétition entre le rajeunissement<br />du au cisaillement et le vieillissement a été étudié pendant<br />l'écoulement, alors qu'aprés l'arret de l'écoulement deux régimes<br />de vieillissement ont été observés. La localisation du<br />cisaillement a été mis en evidence à des taux faibles de<br />cisaillement global, en mesurant les profils de vitesse du fluide,<br />mesure qui en outre, par ses oscillations, a révélé un<br />comportement de stick-slip. D'autre part dans une suspension<br />concentrée de particules de silice dans le régime de jamming, nous<br />nous sommes interessés à la dynamique des structures induites par<br />l'écoulement et avons mis en évidence la présence de particules<br />plus lentes pendant le cisaillement, puis avons étudiés la<br />relaxation de la dynamique des particules après l'arret de<br />l'écoulement en fonction des contraintes appliquées.