Le séchage des matériaux de construction et des sols a une grande importance sur leurs propriétés finales et est un enjeu critique du point de vue économique et énergétique. Ces matériaux contiennent des grains de toutes tailles (incluant une fraction colloïdale) et de l'eau. Nous étudions les phénomènes physiques essentiels à l'origine de ces propriétés de séchage à partir d'une séparation d'échelle plus nette que dans les matériaux réels entre les tailles caractéristiques de l'échantillon, des pores et des éléments dans le fluide interstitiel. Des milieux poreux 3D sont observés à l'aide de l'IRM et de la tomographie au rayon X, et des milieux poreux modèles à l'aide d'une caméra et d'un microscope confocal. Trois catégories de fluides interstitiels saturant initialement la structure poreuse ont été étudiées : un liquide pur, des suspensions de particules rigides et des suspensions de particules molles. Le séchage d'un liquide pur met en évidence un régime d'évaporation où le taux de séchage est constant. L'eau s'écoule par pompage capillaire pour approvisionner en eau la surface libre où l'évaporation a lieu. Comme l'évaporation est localisée à la surface libre, des simulations par éléments finis mettent en évidence la sensibilité du taux de séchage à la configuration locale de l'interface eau/air. Les suspensions de particules ralentissent toujours la cinétique de séchage en comparaison de l'eau seule. A faible fraction volumique, les particules migrent vers la surface lors du séchage d'un milieu poreux et ralentissent la cinétique de séchage en formant une zone compactée. Les particules molles peuvent se comprimer et augmenter ainsi le nombre de particules par unité de volume ce qui influence la longueur de diffusion de la vapeur d'eau. A fraction volumique élevée, la viscosité du fluide empêche l'écoulement ainsi les cinétiques de séchage sont très lentes et les particules ne se déplacent pas / Drying of building materials and soils plays a major role in their final properties and is a main economics and environmental issue. In this thesis, we study the drying of complex porous media to better understand the impact of particles in the interstitial fluid. With a clear scale separation between the sample, pores and particles sizes, we observe water and particles distributions by camera, MRI, X-ray tomography and confocal microscope. We show that the fluid evolution and the drying kinetics are coupled. We study three kinds of fluids: pure liquid, hard and soft particles suspensions. The drying rate of pure water remains constant and generally persists until the majority of water is evaporated. The fluid flows through the porous network, due to capillary depression, to provide water to the free surface where evaporation occurs. We show, by Finite Elements Method, that the drying rate is very sensitive to the shape of the air/water interface. Particles suspensions always slow down the drying kinetics compare to pure water. At low volume fraction, particles migrate towards the surface and drying rate is linked to the increases of the compacted area. Soft particles can compress, thus the compacted area may shrink and influences drying rate. At high volume fraction, viscous dissipation is high and limit the fluid flow therefore particles do not migrate and the drying kinetics is slow

Cette thèse est une contribution à la modélisation du comportement d'une suspension de bulles dans un fluide non newtonien du type fluide à seuil. Elle comprend trois parties. La première partie est une étude bibliographique recensant les travaux théoriques et expérimentaux pour des bulles cisaillées dans un matériau newtonien. La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale de cisaillement simple d'une bulle suspendue dans un fluide à seuil. La dernière partie présente une approche par changement d'échelle du comportement macroscopique d'une suspension de bulles dans un fluide à seuil. Pour le travail expérimental, nous avons développé un premier prototype de dispositif permettant de cisailler d'une bulle suspendue dans un fluide à seuil. Pour cela, une bulle d'air est injectée au sein d'un grand volume de Carbopol cisaillé loin de la bulle par un dispositif à bandes parallèles. Une première série d'essais a permis de montrer l'efficacité du dispositif et d'obtenir quelques résultats sur la déformabilité d'une bulle cisaillée par un fluide à seuil. Pour le travail théorique, d'abord nous avons proposé des estimations du comportement de la suspension dans le cas des schémas dilué, Mori-Tanaka, autocohérent et motifs morphologiques. Ces modèles nous ont permis de trouver que dans le régime élastique le module élastique macroscopique de la suspension dépend du nombre capillaire Caelast défini comme le rapport entre le module de cisaillement du fluide porteur et la pression capillaire de la bulle. Ensuite en utilisant une méthode d'homogénéisation sécante modifiée (Suquet 1997), nous avons estimé des caractéristiques non linéaires globales de la suspension. Le modèle prédit que le seuil d'écoulement de la suspension est égal au seuil d'écoulement du fluide porteur quelle que soit la taille des bulles. La validation de ces modèles micromécanique a été réalisée par comparaison aux résultats expérimentaux obtenus au laboratoire (Ducloué 2014).Mots clés : suspension de bulles, fluide à seuil, rhéologie, nombre capillaire, approche par changement d'échelle / This thesis contributes to characterizing the behavior of a suspension of bubbles dispersed in a non-Newtonian fluid (yield stress fluid type).It consists of three parts. The first part is a literature review identifying the theoretical and experimental works for bubbles sheared in a Newtonian material. The second part is dedicated to the experimental study of the simple shear of a bubble suspended in a yield stress fluid. The last part consists in developing an upscaling approach to study the macroscopic behavior of a suspension of bubbles in a yield stress fluid. For experimental work, we developped a first prototype of device for the study of the shearing of a bubble in a yield stress fluid. For that purpose, an air bubble is injected in a big volume of Carbopol sheared far from the bubble by a system in two parallel bands. A fist series of tests allowed to show the efficiency of the device and to obtain some results on the deformability of a sheared bubble in a yield stress fluid. For theoretical work, first we proposed estimates of the behavior of the suspension in the case of diluted scheme, Mori-Tanaka, autocoherent and morphological patterns. These models have allowed us to find that in the elastic regime the macroscopic elastic modulus of the suspension depends on the capillary number Caelast defined as the ratio of the shear modulus of the fluid suspended over the capillary pressure of the bubble. Then using a modified secant homogenization method (Suquet 1997), we estimated the overall nonlinear properties of the suspension. The model predicts that the overall yield stress of the suspension is that of the suspending fluid regardless of the size of bubbles. The validation of these micromechanical models was achieved thanks to the experimental results obtained in the laboratory (Ducloué 2014).Keywords: bubbles suspensions, yield stress fluid, rheology, capillary number, upscaling approach

L'étude de matériaux intelligents, capables de s'adapter à des stimuli externes est actuellement en plein développement. La ligne directrice de cette thèse est la création de mousses avec des propriétés optiques particulières dans le domaine visible et modulables par un champ magnétique. Cela pose deux problèmes: parvenir d'une part à réaliser une mousse ordonnée constituée de cellules de taille micrométrique et d'autre part à coupler efficacement son arrangement avec un champ magnétique. Ce travail, au cœur des thématiques de la matière molle, se divise en trois parties. La première partie décrit le comportement rhéophysique de solutions aqueuses d'alginate de sodium (polyélectrolyte anionique) et de nanoparticules magnétiques, solutions qui gélifient en présence d'ions calcium. La seconde partie concerne les mousses aqueuses et les bulles monodisperses micrométriques: il est d'abord présenté l'étude de la pression osmotique et de la transition structurelle en fonction de la fraction liquide d'une mousse cristalline générée par un dispositif microfluidique (diamètre des bulles: ~ 100 µm). Puis, une méthode originale basée sur le rétrécissement de bulles est introduite pour créer des bulles ou des gouttes monodisperses micrométriques. Enfin, la troisième partie rassemble les différentes connaissances acquises pour accéder aux premières mousses gélifiées magnéto-stimulables.

Le chauffage des matériaux cosmétiques peut provoquer une exsudation de surface sous la forme de petites gouttes puis un retrait des gouttes associé à un processus de recristallisation. Des méthodes rhéologiques et de diffusion multiple de la lumière ont permis une étude des effets d’exsudation et de recristallisation en fonction de la température de chauffage, du vieillissement et de la plasticité du matériau. Des simulations numériques et un modèle phénoménologique basés sur la prolifération de fissures métastables et la croissance hors équilibre d’amas de défauts liquides susceptibles de crever la surface permettent de rendre compte des effets d’exsudation et de recristallisation variables selon la plasticité de la matrice semi-cristalline et la teneur en huile dans le matériau soumis à une perturbation thermique. / The heating of cosmetic materials can generate an external sweating phenomenon shown by the formation of droplets, followed by a withdrawal of the droplets due to the recrystallization process. Rheological methods and light scattering allowed to study the effects of sweating and re-crystallization in term of heating temperature, aging, and material’s elasticity. Numerical simulations and a phenomenological model based on the multiplication of metastable cracks and the growth outside of equilibrium state of liquid default pits able to burst the surface proves the sweating effects and the re-crystallization variable depending on the semi-crystalline matrix and the percentile of oil in the material under thermal fluctuation.