Numerous recurrent situations following mixing and pumping of mortars and concretes cause degradation of fluidity and hardening characteristics. Which, in turn, lead to adverse effects on the quality of workmanship and structural defects. Nonetheless, relatively little research on the mixing and pumping energies used for the onsite transport and preparation of mortar or concrete has been directed at the core reasons or mechanisms for changes in technological properties. This dissertation describes and explains the effects of various mixing and pumping parameters on the mortar characteristics in a field trial and on a laboratory scale. Observations using a rheograph revealed that shearing action does exhibit the most pronounced influence on the characteristics of mortars during the pumping. The performed investigations indicate that higher shearing actions, for example, excessive mixing duration and long-distance pumping lead to reduced flowability, accelerated and increased hydration rate, increased early compressive strength and early-age shrinkage. From these findings, the underlying mechanism responsible for acceleration and increase of hydration rate is pinpointed as: the increased dissolution from the active surface area due to the destruction of the protective superficial layers of cement grains, as well as a transition from flocculation to dispersion. The creation of new surfaces leads to further consumption of active super plasticizer in solution phase and to subsequent degrading changes in fluidity (decreasing flowability). The degradation of fluidity and densification of microstructure provoked by the hydration changes do increase the early age shrinkage of mortar.

In Abhängigkeit von der Suspensionszusammensetzung und der jeweiligen Scherrate können konzentrierte Kaolinsuspensionen ungewöhnliche rheologische Phänomene wie Oszillationen der scheinbaren Viskosität oder eine negative 1.~Normalspannungsdifferenz zeigen. In dieser Arbeit wurde die Abhängigkeit der 1.~Normalspannungsdifferenz, des Speicher- und des Verlustmoduls im linear-viskoelastischen Bereich sowie der Fließgrenze von der Oberflächenbeladung des Kaolins, von der Kaolinfeststoffkonzentration, vom pH-Wert und von der Ionenstärke untersucht. Weiterhin wurde eine Methode entwickelt, die die Fixierung der scherinduzierten Mikrostruktur der Suspensionen und deren anschließende Charakterisierung mittels Röntgenbeugung gestattet. Außerdem wurde ein rheologisches Modell abgeleitet, das den Zusammenhang zwischen den Aussagen zur scherinduzierten Mikrostruktur und dem Auftreten negativer 1.~Normalspannungsdifferenzen herstellt.

The present-day challenge of oil industry is gradual decrease of conventional light crude reserves and increased consumption of hard-to-recover heavy crude. The goal of thesis is to establish change regularities of structural-mechanical properties and thermody-namic activation parameters for viscous flow in oil dispersed systems (ODS) of various composition (paraffin and naph-thene and aromatic bases) from Timan-Pechora petroleum region (Russia) in a broad range of temperatures and shear rates and under the exposure of external fields, and also to experimentally determine phase diagrams of binary hydrocarbon systems (nonadecane – decaline and nonadecane – naphthalene) modeling ODS mixture of completely opposite nature. Study results can be used for predicting and preventing structure formation during production, transport and storage of ODS's with various content of solid paraffins, resins and asphaltenes.:INTRODUCTION CHAPTER 1. ANALYSIS OF THE MODERN CONDITION AND METHODS OF RESEARCH OF HEAVY OILS 1.1 The current state of hydrocarbon reserves 1.2 Oil classification 1.3 Oil chemical composition 1.4 Influence of components of oil dispersed systems on their low-temperature properties 1.5 Structuring in oil dispersed systems 1.6 Rheological models of oil dispersed systems 1.7 Evaluation of the thermodynamic characteristics of the activation of the viscous flow of oil dispersed systems 1.8 Chemical composition and structural-mechanical properties of the oils from Timan-Pechora province 1.9 Modern methods of influencing the structure and properties of oil dispersed systems CONCLUSIONS TO CHAPTER 1 CHAPTER 2. OBJECTS AND METHODS OF RESEARCH 2.1 Objects of research 2.1.1 Physical and chemical properties of oils from Timan-Pechora province 2.1.2 Physical and chemical properties of high-boiling fractions from Timan-Pechora province 2.1.3 Physical and chemical properties of light distillate from heavy oil and individual hydrocarbons (nonadecane, decaline and naphthalene) 2.2 Research methods 2.2.1 Methods of conducting research on the physicochemical properties of oils 2.2.2 Methods of determining the group hydrocarbon composition of oil dispersed systems 2.2.3 Method for determination of low-temperature properties of binary systems 2.2.4 Methods for determining the structural and mechanical properties of oil dispersed systems from Timan-Pechora province 2.2.5 Characteristics of sources of external impact on oil 2.2.6. Methods of processing samples by external influence CONCLUSIONS TO CHAPTER 2 CHAPTER 3. INVESTIGATION OF LOW-TEMPERATURE PROPERTIES OF BINARY AND OIL DISPERSED SYSTEMS 3.1 Justification of the computational models used to describe the phase diagrams of binary systems 3.2 Investigation of low-temperature properties on model binary systems of nonadecane-decaline and nonadecane-naphthalene 3.3 Investigation of the low-temperature properties of a light distillate mixture (NK-330 °C) of heavy naphthenic-aromatic Yarega oil and light paraffin haryaga oil CONCLUSIONS TO CHAPTER 3 CHAPTER 4. INVESTIGATION OF CHANGES IN STRUCTURAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF OILS AND THEIR HIGH-BOILING FRACTIONS UNDER EXTERNAL EXPOSURE 4.1 Determination of the type of liquid in oil dispersed systems at different temperatures 4.2 Determination of the dependence of the ultimate shear stress of oil dispersed systems on temperature 4.3 Investigation of the thixotropic properties of the oils from Timan-Pechora province 4.4 Impact of external fields on the rheological properties of heavy oil 4.5 Effects of external fields and diluents on the rheological properties of heavy oil CONCLUSIONS TO CHAPTER 4 CHAPTER 5. RESEARCH OF THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE ACTIVATION OF A VISCOUS FLOW OF OILS AND HIGH-BOILING FRACTIONS UNDER DIFFERENT CONDITIONS (TEMPERATURES AND SHEAR RATE) 5.1 Liquidus temperature and activation energy of viscous flow of oil dispersed systems 5.2 Thermodynamic characteristics of the activation of a viscous flow of oil dispersed systems 5.3 Investigations of the strength of intermolecular interaction in oil dispersed systems as a function of the frequency of molecule jumps 5.4 Change in the activation energy of viscous flow of oil dispersed systems with increasing shear rate 5.5 Changes in thermodynamic characteristics of the activation of a viscous flow of oil dispersed systems with increasing shear rate 5.6 Changes in the strength of intermolecular interaction in oil dispersed systems with increasing shear rate CONCLUSIONS TO CHAPTER 5 CONCLUSION LIST OF ACCEPTED REDUCTIONS BIBLIOGRAPHY ANNEX 1. Act of introduction of development in LLC LUKOIL-Ukhtaneftepererabotka APPENDIX 2. Patent of the Russian Federation 'Method of preparation of heavy oil for refining

Schaut man durch ein Mikroskop auf eine biologische Zelle mit angefärbten Zytoskelett, so erblickt man lange, mehr oder minder gerade Objekte. Mit ziemlicher Sicherheit gehören diese zu einer von drei Arten von Zytoskelettfilamenten -- Aktin- oder Mikrofilamente, Intermediärfilamente und Mikrotubuli. Schon seit mehreren Jahrzehnten versucht man die mechanischen Eigenschaften lebender Zellen nicht nur zu beschreiben, sondern ihr Verhalten von zwei tieferen Ebenen ausgehend zu verstehen: Inwiefern beschreiben die Eigenschaften von Filamentnetzwerken und -gelen die Zellmechanik und, noch tiefgreifender, wie bestimmen eigentlich die einzelnen Filamente die Netzwerkmechanik. Das Verständnis der Mechanik homogener und isotroper, verhedderter als auch quervernetzter Gele ist dabei erstaunlich detailreich, ohne jedoch vollständig dem jüngeren Verständnis von Zellen als glassartige Systeme zu entsprechen. In den letzten Jahren sind daher anisotrope Strukturen mehr und mehr in den Fokus gerückt, die die Bandbreite möglichen mechanischen Verhaltens enorm bereichern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit solch einem hochgradig anisotropen System -- nämlich Aktinbündeln -- unter drei Gesichtspunkten. Mit Hilfe von aktiven Biegedeformationen wird ein funktionales Modul, das eine differentielle Antwort auf verschiedenen Zeitskalen liefert, identifiziert. Es handelt sich um Aktinfilamente, die durch transiente Quervernetzer gebündelt werden. Während sich das System nach kurz anhaltenden Deformation völlig elastisch verhält, sorgt eine Restrukturierung der Quervernetzer während langanhaltender Deformationen für eine plastische Verformung des Bündels. In einem weiteren Aspekt widmet sich die Arbeit der frequenz- und längenabhängigen Biegesteifigkeit. Die Methode des Bündel-Wigglings, das Induzieren von \"Seilwellen\", wird dabei genutzt, um aus der Wellenform die Biegesteifigkeit zu berechnen. Bündel von Aktinbündeln zeigen dabei ein Verhalten, das vom klassischen Worm-like-chain-Modell abweicht und stattdessen durch das Worm-like-bundle-Modell beschrieben werden kann. Der letzte Aspekt dieser Arbeit untersucht den Musterbildungsprozess bei der Entstehung von Aktinbündeln. Gänzlich unerwartet entstehen quasi-isotrope Strukturen mit langreichweitiger Ordnung, wenn der Bündelungsprozess erst nach der Polymerisation von Filamenten frei von zusätzlichen mechanischen Einwirkungen einsetzt. Da dieser Zustand nicht von der klassischen Flüssigkristalltheorie vorhergesagt wird, soll eine Simulation eine Hypothese zum Entstehungsmechanismus testen. Die Annahme einer lateralen Kondensation von Filamenten zu Bündeln reicht demnach aus, um die beobachteten Strukturen zu erzeugen. Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Verständnis hochgradig anisotroper Strukturen und deren Überstrukturen, wie sie auch in lebendigen Zellen reichlich vorhanden sind.:1 Actin filament bundles and patterns 1.1 Actin and other cytoskeletal filaments 1.2 Filament and bundle mechanics 1.2.1 Polymer models 1.2.2 Worm-like bundle theory 1.3 Filament bundling 1.4 Active crosslinkers – contraction and pattern formation 2 Materials and Methods, Instruments and Software 2.1 Actin purification and labeling 2.2 Optical tweezers 2.3 Software libraries for instrument integration 3 Bundle mechanics in the time domain 3.1 Bundle formation and sample preparation 3.2 Bundle bending experiment 3.2.1 LabView VI for bundle bending 3.2.2 Bundle bending 3.2.3 Image analysis and data survey 3.3 Bundle workout – Results of the bending experiments 3.3.1 Multiple bends and elastic response 3.3.2 Endurance test – Plastic response after longer holds 3.3.3 Purely elastic depletion-force induced bundles 3.4 Elastic and plastic deformations of F-actin bundles – Discussion 3.4.1 Bundle formation process and bundle thickness 3.4.2 Elastic response 3.4.3 Elastic versus plastic response 3.5 Differential mechanical response – Summary 4 Bundle mechanics in the frequency domain 4.1 Bundle wiggling – the method 4.2 Bundle formation and sample preparation 4.3 Bundle wiggling experiment 4.3.1 LabView VI for bundle wiggling 4.3.2 Wiggling images to wiggle data 4.4 Bundle wiggling – Results 4.4.1 Bead at end 4.4.2 Wiggling bundled bundles 4.4.3 Thick bundles connected to networks 4.5 Frequency-dependent elastic response of bundles – Discussion 5 Actin bundle networks 5.1 Actin condensation in confined environments – The experiment 5.2 Simulating filament condensation 5.2.1 Implementation details 5.3 Simulation of filament condensation to bundle networks 5.4 Condensation drives pattern formation – Discussion 6 Conclusion A Calculations A.1 Subcircular bending arc and radius of curvature A.2 Correction factor for relaxations times of bundles with bead B Protocols B.1 G-actin from rabbit skeletal muscle B.1.1 Acetone powder prep B.1.2 Actin prep B.1.3 Actin gel-filtration B.2 Buffers B.3 NEM-myosin beads B.3.1 NEM-inactivated myosin B.3.2 NEM-myosin coated beads B.4 Bundle preps B.4.1 Depletion force induced and ff-actinin crosslinked bundles B.4.2 Depletion force induced bundles for wiggling experiments Bibliography / Being the most basic unit of living organisms, the cell is a complex entity comprising thousands of different proteins. Yet only very few of which are considered to play a leading part in the cell’s mechanical integrity. The biopolymers actin, intermediate filaments and microtubules constitute the so-called cytoskeleton – a highly dynamic, constantly restructuring scaffold endowing the cell not only with integrity to sustain mechanical perturbations but also with the ability to rapidly reorganize or even drive directed motion. Actin has been regarded to be the protagonist and tremendous efforts have been made to understand passive actin networks using concepts from polymer rheology and statistical mechanics. In bottom-up approaches isotropic, homogeneous actin-gels are well-characterized with rheological methods that measure elastic and viscous properties on different time scales. Cells, however, are not exclusively isotropic networks of any of the mentioned filaments. Rather, actin alone can already be organized into heterogeneous and highly anisotropic structures like bundles. These heterogeneous structures have only come into focus recently with theoretical work addressing bundle networks. and, in the case of the worm-like bundle theory, individual bundles. This work aims at characterizing bundles and bundle-crosslinker systems mechanically in two complementary approaches – in the time as well as in the frequency domain. In addition, it illuminates a bundle formation mechanism that leads to bundle networks displaying higher ordering.:1 Actin filament bundles and patterns 1.1 Actin and other cytoskeletal filaments 1.2 Filament and bundle mechanics 1.2.1 Polymer models 1.2.2 Worm-like bundle theory 1.3 Filament bundling 1.4 Active crosslinkers – contraction and pattern formation 2 Materials and Methods, Instruments and Software 2.1 Actin purification and labeling 2.2 Optical tweezers 2.3 Software libraries for instrument integration 3 Bundle mechanics in the time domain 3.1 Bundle formation and sample preparation 3.2 Bundle bending experiment 3.2.1 LabView VI for bundle bending 3.2.2 Bundle bending 3.2.3 Image analysis and data survey 3.3 Bundle workout – Results of the bending experiments 3.3.1 Multiple bends and elastic response 3.3.2 Endurance test – Plastic response after longer holds 3.3.3 Purely elastic depletion-force induced bundles 3.4 Elastic and plastic deformations of F-actin bundles – Discussion 3.4.1 Bundle formation process and bundle thickness 3.4.2 Elastic response 3.4.3 Elastic versus plastic response 3.5 Differential mechanical response – Summary 4 Bundle mechanics in the frequency domain 4.1 Bundle wiggling – the method 4.2 Bundle formation and sample preparation 4.3 Bundle wiggling experiment 4.3.1 LabView VI for bundle wiggling 4.3.2 Wiggling images to wiggle data 4.4 Bundle wiggling – Results 4.4.1 Bead at end 4.4.2 Wiggling bundled bundles 4.4.3 Thick bundles connected to networks 4.5 Frequency-dependent elastic response of bundles – Discussion 5 Actin bundle networks 5.1 Actin condensation in confined environments – The experiment 5.2 Simulating filament condensation 5.2.1 Implementation details 5.3 Simulation of filament condensation to bundle networks 5.4 Condensation drives pattern formation – Discussion 6 Conclusion A Calculations A.1 Subcircular bending arc and radius of curvature A.2 Correction factor for relaxations times of bundles with bead B Protocols B.1 G-actin from rabbit skeletal muscle B.1.1 Acetone powder prep B.1.2 Actin prep B.1.3 Actin gel-filtration B.2 Buffers B.3 NEM-myosin beads B.3.1 NEM-inactivated myosin B.3.2 NEM-myosin coated beads B.4 Bundle preps B.4.1 Depletion force induced and ff-actinin crosslinked bundles B.4.2 Depletion force induced bundles for wiggling experiments Bibliography

Motivation dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des etablierten Prozesses der Sprühtrocknung, der Trocknung einer Flüssigkeit zu Partikeln mit definierter Form und Größe. Ist die zerstäubte Flüssigkeit eine reagierende Polymer- oder Monomerlösung wird der neuartige Prozess als Sprühpolymerisation bezeichnet. Da die Verweilzeiten in einem Sprühtrockner gering sind, wird die hochreaktive radikalische Kettenpolymerisation von Acrylsäure und Acrylaten im Lösungsmittel Wasser untersucht. Im Fokus der Arbeit ist die Methode der Rheokinetik. Diese Methode wertet die rheologische Veränderung der reagierenden Lösung aus, sodass in dieser Arbeit die Ergebnisse der Rheokinetik zur Prozessgestaltung diskutiert werden. Die Messungen zur Rheokinetik verschiedener Acrylatelösungen zeigen im Vergleich zur Acrylsäure geringere Viskositätsanstiege, die sich durch die geringe Reaktionsgeschwindigkeit in der pH-neutralen Lösung der Acrylate erklären lässt. Die Theorie zur Rheokinetik lässt sich nur auf die Acrylsäure anwenden, da diese überwiegend neutrale Polymerlösungen bildet und die Viskositätsfunktion über die Zeit mit einer Potenzfunktion beschrieben werden kann. Das Ergebnis ist ein empirisches Modell, was die Induktionszeit und den Viskositätsanstieg, der mit dem Umsatz der Reaktion korreliert, über die Zeit beschreibt. Die numerische Modellierung, die die Polymerisation und Trocknung des Einzeltropfens beschreibt, zeigt abschließend, dass eine Konditionierung des Trocknungsgases sowie eine Vorreaktion vor der Sprühpolymerisation anzustreben sind, damit der Prozess in einem konventionellen Sprühtrockner erfolgreich wird.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Sprühpolymerisationsverfahren 2.1.1 Trocknung am Einzeltropfen 2.2 Rheologische Eigenschaften von Flüssigkeiten im Viskosimeter und Rheometer 2.2.1 Messmethoden der Scherviskosität 2.3 Charakterisierung der Monomere 2.4 Polymerisation von Acrylsäure bzw. Acrylaten 2.4.1 Radikalische Lösungspolymerisation 2.4.2 Überblick über die Reaktionskinetik der radikalischen Polymerisation 2.4.3 Weitere Reaktionstypen bei der radikalischen Polymerisation 2.4.4 Einfluss des Lösungsmittels auf die radikalische Polymerisation 2.4.5 Einflüsse auf die Terminierung bei der radikalischen Polymerisation 2.4.6 Übersicht zur Messung der Kinetik bei Polymerisationen 2.4.7 Momentenmethode zur Berechnung der Polymerisation 2.5 Charakterisierung der Polymere 2.5.1 Polymere im Lösungsmittel 2.5.2 Skalierungstheorie nach de Gennes von Polymeren in Lösungsmitteln 2.5.3 Messmethoden der molaren Masse von Polymeren in Lösungsmitteln 2.5.4 Viskosität von Polymerlösungen 2.5.5 Intrinsische Viskosität von Polymerlösungen 2.6 Rheokinetik 3 Experimentelle Methoden 3.1 Material – Monomere und Polymere 3.1.1 Neutralisation von Acrylsäure zur Herstellung der Acrylate 3.1.2 Stoffwerte von Acrylsäure und Wassermischungen 3.1.3 Versuchsvorbereitung und Versuchsplan 3.2 Messmethodik der Rheokinetik 3.2.1 Versuchsdurchführung 3.2.2 Berücksichtigung der Verdunstung aus dem Probevolumen 3.2.3 Bestimmung von Umsatz und Polymerisationsgrad 4 Ergebnisse zur Rheokinetik 4.1 Rheokinetik am wässrigen System mit Acrylsäure bzw. Acrylaten 4.1.1 Erläuterung zur Auswertungsprozedur an verschiedenen Rohdaten von Acrylsäure und Acrylaten 4.1.2 Ergebnisdiskussion zur Rheokinetik bei wässrigen Acrylsäure- bzw. Acrylatlösungen 4.2 Rheokinetik mit Modellbildung zur Polymerisation wässriger Acrylsäure Lösungen 4.2.1 Empirisches Modell zur Funktion η(t) 4.2.2 Modellierung der Rheokinetik 4.2.3 Bewertung der Rheokinetik durch Messungen von Umsatz und Viskosität im Rheometer 5 Numerische Modellierung von Reaktion und Trocknung 5.1 Numerische Modellierung der Reaktion im Rheometer 5.1.1 Ergebnisse der Momentenmethode für die Reaktion im Rheometer 5.2 Numerische Modellierung zur Reaktion im Sprühtrockner 5.2.1 Ergebnisse der Modellierung am Tropfen 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Ergebnisse zur Rheokinetik 6.2 Numerische Modellierung 6.3 Ausblick

Pour comprendre les mécanismes microscopiques du renforcement dans les nanocomposites, nous avons mis en œuvre un système nanocomposite modèle composé de nanoparticules de silice incorporées dans une matrice du copolymère PMMA/PBuA. La formation des échantillons se fait par évaporation du solvant -l'eau- du système colloïdal mixte latex et silice. La structure de la charge peut être contrôlée par le pH et la fraction volumique de la silice. La combinaison de diffusion de neutrons aux petits angles et microscopie électronique à transmission nous a permis d'établir un diagramme de phases du nombre d'agrégation de la silice. Les tests mécaniques en traction uni-axiale sur des nanocomposites de structure définie nous ont donné accès à la relation entre la structure des charges et la rhéologie. L'augmentation du nombre d'agrégation moyen augmente le renforcement du module de Young, et mène à une rupture précoce des films. Un optimum entre fort renforcement et grande déformation avant rupture peut être trouvé en s'intéressant à l'énergie de rupture. Lorsque l'on s'intéresse à la structure des chaînes dans les nanocomposites, il faut créer le contraste moyen nul pour la silice en introduisant des chaînes deutériées D. Nous avons pu suivre l'interdiffusion des chaînes H et D durant le recuit dans deux systèmes. Pour suivre la dissolution des billes de latex dans le polymère fondu, nous avons mis en place une modélisation des données structurales. La présence de la silice limite la mobilité des chaînes dans les nanocomposites. / To improve the understanding of the reinforcement effect in nanocomposites, we have set up a model system made of a latex matrix (PMMA-PBuA copolymer) with incorporated nanosilica beads. The nanocomposite films are made by evaporating the aqueous solvent of mixture of silica/latex colloidal solutions. The structure of the network is well controlled by the pH and volume fraction of silica. We have established a phase diagram of the aggregation number of the silica by small angle neutron scattering and scanning electron microscopy. The rheological properties of silica-latex nanocomposites have been tested by uni-axial stress-strain isotherms and correlated to the silica structure. The increase of the average aggregation number reinforces the Young modulus and decreases the elongation at the breaking point. An optimum has been found by determining the energy needed until rupture. We have studied the chain structure in the nanocomposites by creatin g zero-average contrast conditions for the silica, using mixtures of D- and H-latex. The interdiffusion of the H and D chains during the annealing could be measured in two systems and intermediate structure modelled. The presence of the nanosilica particles reduces the mobility of the polymer chains.

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. / Titanium alloys used for the manufacture of rotating parts of aircraft engines undergo complex thermomechanical processing schedules, involving usually several forging operations. The forging step in the single -phase domain plays an important role, because it governs the phase transformation that occurs during cooling or subsequent heat treatment in the two-phase α+β range, and therefore the final mechanical properties of the workpiece. Controlling the microstructural evolutions during forging in the β-domain is of prime interest to optimize the entire process of disks manufacture. A full understanding of the (continuous and geometric) dynamic recrystallization mechanisms occurring in this type of material is therefore required.In this study, the effects of temperature, strain and strain rate were investigated by hot uniaxial compression and torsion tests. The microstructures and textures were characterized using backscattering electron diffraction (EBSD). These experimental approaches were associated with the development of a physical model. In the latter, the mechanism of "continuous" dynamic recrystallization (CDRX), consisting of a progressive initial fragmentation of the grains leading to the formation of new grain boundaries, was adapted from former studies. The parameters characterizing the elementary mechanisms of CDRX (strain hardening, dynamic recovery, grain boundary migration) were determined by fitting the experimental data.The final objective of this work is to develop a metallurgical post-processor dedicated to forging operations of titanium alloys in the -phase range.

Ce travail de thèse porte sur l'étude du comportement rhéologique de deux mélanges élastomères chargés en noir de carbone dans une gamme de températures rencontrée en extrusion (90°C à 40°C) et sur la modélisation du procédé d'extrusion. La caractérisation rhéologique des deux matériaux de l'étude a mis en évidence leur comportement rhéologique différent. En effet, le SBR et ses mélanges chargés avec différentes teneurs en noir de carbone montrent une courbe d'écoulement en deux branches stables (branche I et branche II) séparées par un plateau. La présence d'un glissement, faible en branche I et important en branche II, a été mis en évidence. Le second matériau, le NR (pur et chargé), montre, quant à lui, un comportement en deux parties distinctes : une partie sans rhéodurcissement et une autre avec rhéodurcissement dû à la mise en place d'une cristallisation sous contrainte de cisaillement. L'existence d'un temps caractéristique de cristallisation, diminué par la vitesse de cisaillement, a pu être mise en évidence. Les lois de comportement pour chacun des matériaux ont été déterminées. La réalisation d'une superposition temps/taux de charge a permis de définir une loi de comportement générale ; dans la gamme de température de 40°C à 90°C pour les mélanges SBR/noir de carbone et dans la gamme de température de 50°C à 90°C pour le NR. La loi rhéologique déterminée pour le mélange SBR chargé à 33% en masse en noir de carbone a été implémentée dans un modèle 1D et 3D. Les résultats numériques ont alors été comparés aux résultats expérimentaux, obtenus suite à des essais sur une extrudeuse instrumentée. Le modèle 1D s'est avéré insuffisant pour rendre compte des phénomènes se déroulant lors du procédé d'extrusion. L'implémentation d'un modèle 3D a été effectuée afin de prendre en compte des phénomènes tels que les effets de bords et les gradients de températures. L'importance de prendre en compte le phénomène de glissement dans le modèle 3D a été démontrée. / The present work deals with the characterization of the rheological behaviour of two rubbers filled with carbon black in a range of temperature encountered in extrusion (90°C to 40°C) and the modelling of the single screw extrusion process. The rheological characterization of the two rubbers shows behaviour totally different. The synthetic SBR rubber and SBR compounds filled with carbon black (with different amounts, from 16 to 33 wt%) showed a flow curve that can be divided in two stable parts (branch I and branch II) separated by a plateau. The occurrence of wall slip, low in branch I and important in branch II has been highlighted. The second rubber of the study, natural rubber, showed a different behaviour with a strain hardening due to the occurrence of a strain induced crystallization. The flow curve can be thus divided in two different parts: the first part without strain hardening and the second part with this phenomenon. The existence of a characteristic crystallization time, reduced by the shear rate, has been evidenced. By analysing data respectively on branch I for SBR and without strain hardening for NR, viscosity curves for all tested materials have been defined. General viscosity law have been proposed: for the SBR compound filled with carbon black valid in the range of temperature from 40°C to 90°C and for NR in the range of temperature from 50°C to 90°C. The rheological law defined for the SBR compound filled 33%wt with carbon black has been implemented in two different models: 1 D and 3D. Numerical results have been compared to experimental results obtained after experimentations on instrumented single screw extruder. The 1D approach was not sufficient to take into account all phenomena occurring during extrusion process. Then a 3D approach has been developed in order to take into account some effects as side effects and temperature gradients. The presence of the slip phenomenon in the modeling has been proved.

Latex d’Hevea brasiliensis est composé principalement de particules de caoutchouc dont le noyau est constitué de cis-1,4-polyisoprène et la membrane de composés dit non-isoprène. Sa stabilité dans l'arbre est assurée par les charges négatives de la membrane en raison de la présence de protéines et de lipides. Le latex d’Hevea brasiliensis coagule après acidification pour former un gel colloïdal qui est la première étape de sa transformation en caoutchouc naturel.Dans cette thèse, nous avons étudié l’agrégation et la gélification induite par ajout d’un acide et les propriétés des gels obtenus. Pour cela, un latex de caoutchouc naturel commercial constitué par des particules de caoutchouc (1 µm de diamètre), a été utilisée. L'agrégation a été induite par l'hydrolyse d'un composé appelé glucano-delta-lactone (GDL). Cette agrégation a été suivie par différentes techniques basées sur la diffusion de la lumière (turbidimétrie, DWS, SLS). La gélification a été suivie in situ par la rhéologie. Ensuite, les propriétés rhéologiques de gels colloïdaux formés à pH 4 ont été caractérisées dans les régimes linéaires et non-linéaires.La dépendance à la fraction volumique et le pH de l'apparition de l'agrégation ont été observée. La non-redispersion des agrégats montre les interactions fortes entre les particules de caoutchouc. Trois comportements d’état différents (solution stable, la séparation de phase et gel) peuvent être prédits à partir d'un diagramme d’état fraction volumique-pH qui a été établi pendant 5 semaines. L'état de gel présente une structure fractale, caractérisé par une relation de loi de puissance entre le module élastique G' et la fraction volumique. Pour des fortes déformations, une réorganisation irréversible sous contrainte a abouti à un durcissement irréversible du matériau. Nous avons observé par rheo-ultrasound qu'au-dessus de 50% de déformation, une déstructuration homogène est produite dans le gel. / Natural rubber latex is mainly composed by rubber particles whose core is made of cis-1,4-polyisoprene and the shell of non-isoprene compounds. It stability in the tree is provided by the negative charge of the shell due to the presence of proteins and lipids. Natural rubber latex coagulates after acidification to form a colloidal gel that is the first step of its transformation into natural rubber.In this PhD thesis, we studied this acid-induced aggregation and gelation and the properties of the resulting gels. For this, a commercial natural rubber latex composed by rubber particles (1 µm in diameter), was used. Aggregation was induced by hydrolysis of a compound called glucano-delta-lactone (GDL). The aggregation was followed by different techniques based on light scattering (turbidimetry, DWS, SLS). Gelation was followed in situ by rheology. Then, the rheological properties of colloidal gels formed at pH 4 were characterized in the linear and non-linear regimes.Dependence to the volume fraction and the pH of the onset of aggregation was observed. The non-redispersion of aggregates proves the strong interactions between rubber particles. Three different state behaviors (stable solution, phase separation and gel) can be predicted from a state diagram pH-volume fraction that was established over 5 weeks. The gel state exhibits a fractal structure, characterized by a power law relationship between the elastic modulus G’ and the volume fraction. At high deformations, an irreversible reorganization under stress resulted in an irreversible strain hardening of the material. We observed by rheo-ultrasound that above 50% deformation, an homogenous destructuration occurred in the gel.

Dynamique de suspensions de vésicules et de globules rouges en écoulement de cisaillement simple et en microfluidique.