Le procédé de flottation est une technique de séparation de minerais basée sur la différence d’hydrophobicité des espèces minérales introduites dans des cellules dans le but de séparer les espèces minérales en fonction de ce critère. L’étude de la mouillabilité d’une surface de minerai devient alors un concept intéressant dans une optique d’optimisation de procédé. Les technologies standards qui permettent l’étude de ce facteur sont souvent imprécises due à la morphologie, aux défauts de surface ainsi qu’à la chimie variable des particules présentes au sein d’un même échantillon. Ayant pour but d’évaluer ce paramètre et permettant d’avoir des échantillons suffisants pour effectuer différents tests chimiques et minéralogiques, un nouveau montage basé sur la flottation de surface a été développé. Des tests comparatifs entre des technologies standards de flottation de laboratoire ainsi que la flottation de surface ont été réalisés en utilisant une matrice minérale composée de graphite et de quartz, dans le but de comparer leur efficacité de séparation. Les différents tests montrent, pour la flottation de surface, une séparation sélective similaire à celle obtenue en cellule Denver en plus d’être plus reproductible. Ensuite, des tests de flottation de surface avec de la sphalérite et des moussants confirment la compatibilité du montage avec des échantillons de minerais complexes et exposent les changements de la flottabilité des particules causés par la présence de surfactants. Un modèle par régression logistique sur la minéralogie des échantillons démontre une influence significative de la part des agents moussants sur la probabilité qu’une particule flotte ou au contraire coule. Le montage de flottation de surface est donc un outil de caractérisation robuste et polyvalent pour l’analyse de la mouillabilité d’un échantillon en reproduisant, de façon isolée, l’étape de collision entre une bulle d’air et une particule. / The flotation process is a separation technique based on the wettability difference of minerals’ surface introduced in the flotation cell to concentrate different mineral species according to this criterion. In the optics of optimizing the process, studying the wettability property of a mineral surface becomes interesting. The standard technologies used to assess this parameter are sometimes inaccurate for complex minerals due to their irregular morphology, their surface defects and their surface’s chemical heterogeneity which can bias the results. To study the wettability of mineral samples, a new surface flotation apparatus has been developed keeping in mind the necessity of obtaining a sufficient amount of separated minerals in both the overflow and underflow allowing chemical and mineralogical analyses. Comparative tests have been conducted with the new surface flotation design and two standard laboratory flotation methods using a mineral matrix composed of graphite and quartz to compare their separation efficiency. The results proved that the new design of the surface flotation generates a separation similar to the one in a Denver Cell with a lower standard deviation and using a substantially lower amount of minerals. Following the proof of concept using a simple mineral matrix, an experimental plan has been carried out with the surface flotation device testing copper zinc sulphide ore samples and frother agents. The results confirmed the compatibility of the new methods with sulphur minerals, as well as the impacts of frothers on the wettability of particles at the liquid-gas interface. A binary logistic regression using mineralogical data demonstrates a significant impact from the frothers on the probability of a particle to sink or float at the interface. In brief, the new surface flotation apparatus simulates the collision step of the flotation process without hydrodynamic influence as in conventional cells and allows the assessment of the wettability for different types of mineral samples.

Thèse de doctorat : Sciences du Bois et des Fibres : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique : Lyon 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.201-207.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie et physico-chimie des polymères : Le Mans : 2001. / Thèse : 2001LEMA1012. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p.191-196.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 11 janvier 2024) / Cette thèse de doctorat étudie le transport de fluides viscoplastiques à travers des canaux dotés de parois superhydrophobes striées, en utilisant une approche de modélisation complète et des simulations numériques. L'objectif est de comprendre les interactions entre le fluide viscoplastique et la surface superhydrophobe, et d'identifier les facteurs qui influencent le comportement de l'écoulement. On suppose que les rainures emprisonnent des poches d'air à la surface superhydrophobe, maintenant l'interface liquide/air plate et fixée aux bords des rainures, ce qui entraîne une condition de glissement-collage. L'analyse est complète, couvrant à la fois les régimes de fluage et inertiel dans les limites des canaux épais et minces. En particulier, six paramètres, notamment le nombre de Reynolds (R), le nombre de Bingham (B), le nombre de glissement (b), la longueur de périodicité des rainures (ℓ), la fraction de zone de glissement (φ), et l'angle d'orientation des rainures (θ), sont pris en compte. Ensuite, les effets de ces paramètres sont analysés sur les variables d'écoulement d'intérêt, telles que le champ de perturbation, le champ de vitesse, la magnitude du taux de déformation, les zones de bouchon non cédées, la longueur de glissement effective, le facteur de frottement, l'asymétrie de l'écoulement, le mélange, et les classifications de régime. Dans les canaux épais (ℓ ≪ 1) avec des rainures transversales (θ = 90°), l'augmentation de B et de b entraîne une croissance des champs de perturbation et de glissement, qui deviennent asymétriques en augmentant R. Dans certaines conditions d'écoulement, le bouchon central se rompt ou une zone de bouchon non cédée peut se former à l'interface liquide/air de la paroi superhydrophobe, ce qui nous permet de classifier les régimes d'écoulement. Dans les canaux minces (ℓ ≫ 1), l'augmentation de b ou de θ entraîne la déformation du bouchon central non cédé, sauf pour les écoulements avec des rainures longitudinales (θ = 0). Pour les rainures obliques (0 < θ < 90°), un écoulement secondaire apparaît, déclenchant le mélange de l'écoulement. Enfin, l'analyse de stabilité linéaire de la condition de glissement homogène (φ = 1) révèle les effets stabilisants/déstabilisants des conditions de glissement dans le sens du courant/transversales. / This Ph.D. thesis investigates the transport of viscoplastic fluids through channels with grooved superhydrophobic (SH) walls, using a comprehensive modeling approach and numerical simulations. The goal is to understand the interactions between the viscoplastic fluid and the superhydrophobic surface and identify factors that influence the flow behaviour. It is assumed that the grooves trap air pockets on the SH surface, keeping the liquid/air interface flat and pinned at the groove edges, resulting in a slip-stick condition. The analysis is comprehensive, covering both creeping and inertial regimes in thick and thin channel limits. In particular, six parameters, including the Reynolds number (R), Bingham number (B), slip number (b), groove periodicity length (ℓ), slip area fraction (φ), and groove orientation angle (θ), are considered. Subsequently, the effects of these parameters are analyzed on the flow variables of interest, such as the perturbation field, velocity field, strain-rate magnitude, unyielded plug zones, effective slip length, friction factor, flow asymmetry, mixing, and regime classifications. In thick channels (ℓ ≪ 1) with transverse grooves (θ = 90°), increasing B and b leads to growing the perturbation and slip velocity fields, which become asymmetric by increasing R. Under certain flow conditions, the center plug breaks or an unyielded plug zone can form on the SH wall liquid/air interface, allowing us to classify the flow regimes. In thin channels (ℓ ≫ 1), increasing either b or θ causes the the unyielded center plug to deform and eventually break, except for flows with longitudinal grooves (θ = 0). For the oblique grooves (0 < θ < 90°), a secondary flow appears, triggering flow mixing. Finally, the linear stability analysis of the homogeneous slip condition (φ = 1) reveals stabilizing/destabilizing effects of the streamwise/spanwise slip conditions.

Dans ce projet de doctorat, des membranes microporeuses (fibres creuses) et hautement hydrophobes à base de polyéthylène basse densité (LDPE) pour utilisation dans la capture du CO2 dans des contacteurs gaz-liquide à membrane (GLMC), ont été fabriquées en utilisant une nouvelle méthode simple, sans solvant ou diluants, autant écologique qu’économique, et qui ne nécessite aucun post-traitement mécanique ou thermique. Pour produire des fibres creuses et contrôler leur porosité, on combine deux techniques, l’extrusion et le lavage de sel. Un mélange de LDPE et de particules de NaCl de différentes concentrations en sel conduit à la production des fibres (par extrusion) qui sont ensuite immergées dans l’eau pour éliminer le sel emprisonné dans le polymère et obtenir autant une structure microporeuse qu’une surface rugueuse hautement hydrophobe. La nouvelle méthode constitue une alternative très prometteuse aux méthodes actuellement utilisées pour la fabrication des membranes hydrophobes, principalement basées sur un processus d'inversion de phase qui implique des solvants toxiques et coûteux. Les membranes fabriquées ont été caractérisées en termes de morphologie, densité, porosité et distribution de taille des pores, hydrophobicité, pression de percée et propriétés mécaniques. Comme le phénomène de mouillage des membranes en contact avec les solutions absorbantes est la cause principale de la réduction de l’efficacité des GLMC à long terme, une étude approfondie sur la compatibilité membrane/liquide absorbant a été réalisée. La stabilité morphologique, chimique et thermique des membranes en contact avec différentes solutions aqueuses d'alcanolamines à base de monoéthanolamine (MEA) et 2-amino-2-hydroxyméthyl-1,3-propanediol (AHPD), ainsi que des mélanges MEA/PZ (pipérazine) et AHPD/PZ, a été investiguée en détail. / In this work, highly hydrophobic low density polyethylene (LDPE) hollow fiber membranes aiming to be used for CO2 capture in gas-liquid membrane contactors (GLMC) were fabricated using a simple, novel method, without solvent or diluents, economic and environmentally friendly, which does not require any mechanical or thermal post-treatments. In order to produce hollow fibers and control their porosity, the process combines melt extrusion and template-leaching techniques. A mixture of LDPE and NaCl particles first produce blends with different salt contents. A microporous structure and a rough highly hydrophobic surface can then be produced by leaching the salt particles from the hollow fiber matrix via immersion in water. The new method represents a very promising alternative to conventional membrane fabrication approaches which are mainly based on phase inversion process that involves toxic and expensive solvents. The fabricated membranes were characterized in terms of morphology, density, porosity and pore size distribution, hydrophobicity, breakthrough pressure and mechanical properties. Since the phenomenon of membrane wetting by liquid absorbents is the major cause of the reduction of long-term efficiency of GLMC, a comprehensive study on the compatibility between membrane and absorbent liquid was performed. Morphological, chemical and thermal stability of LDPE membranes in contact with different aqueous alkanolamine solutions including monoethanolamine (MEA) and 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD), as well as blends of MEA/PZ (piperazine) and AHPD/PZ, was investigated in detail.