Nous étudions le drainage des mousses de suspension granulaire. Nos paramètres de contrôle sont : la fraction en gaz, la taille des bulles, celle des particules et la fraction volumique de celles-ci dans la phase interstitielle. En premier lieu, nous mesurons la proportion de liquide et de particules retenus dans le réseau de la mousse en fonction des paramètres cités précédemment. Ces mesures réalisées une fois le drainage terminé apportent des éléments de compréhension indispensables à la description des vitesses de drainage. Nous montrons également que certaines combinaisons de nos paramètres d'étude conduisent au blocage du système gaz, liquide, solide. Dans un second temps, nous avons identifié différents régimes de cinétique de drainage, nous montrons qu'ils sont contrôlés par deux paramètres : (i) le rapport lambda de la taille des particules et de la taille des constrictions du réseau, (ii) la fraction en particules dans la phase interstitielle phi. Le point clé pour comprendre ces régimes est le piégeage des particules dans la mousse qui peut avoir deux origines : (i) par piégeage collectif (jamming) qui peut survenir pour des fractions étonnamment basses à cause de la géométrie du réseau interstitiel, (ii) la capture individuelle des particules par la mousse lorsque leur taille devient supérieure à celle des constrictions du réseau interstitiel. Des particules encore plus grosses sont exclues du réseau et participent à une remontée de la vitesse de drainage, faisant apparaître un minimum pour le régime correspondant à la capture individuelle. La fraction granulaire de la phase interstitielle est aussi essentielle, le drainage pouvant être stoppé pour des fractions suffisamment élevées lorsque lambda est judicieusement choisi. Ce travail propose des pistes prometteuses pour la stabilité des matériaux triphasiques / We study the drainage of granular suspensions foams. Our control parameters are the gas fraction, the bubble size, the particles size and the interstitial particle fraction. First, we measure the proportion of liquid and particles retained in the foam network as function of the above mentioned parameters. These measurements are performed when the drainage is over, they are essential for the description of drainage velocity. We show that certain combinations of our study parameters lead to the jamming of the three-phase system : gas, liquid, solid. Secondly, we highlight different regimes of drainage velocity, we show that is controlled by two parameters : (i) lambda, the ratio of the particle size and constriction size, (ii) the fraction of particles in the interstitial network : phi. The key to understand these regimes is the trapping of particles in the foam : (i) the jamming, which may occur for surprisingly low fractions due to the geometry of the pore network, (ii) the particles captured by the foam network when they become larger than the constrictions network. Finally, larger particles excluded from the network increase the drainage velocity, as a consequence the minimum for the velocity corresponds to the individual capture. The granular fraction of the suspension in the foam network is the other key parameter. Especially, the drainage can be stopped for sufficiently high fractions for certain values of lambda. This work offers promising outlook for the stability of three-phase materials

Les pièces en aluminium sont largement utilisées dans le domaine aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques. Mais elles nécessitent un traitement de surface pour améliorer leur tenue en corrosion. Soumises à de nouvelles normes sur l'utilisation de produits chimiques et à la prise de conscience de la protection environnementale et humaine, les industries aéronautiques doivent à présent impérativement remplacer les procédés de traitements de surface actuels, devenus obsolètes car incluant des composés CMR. L'objectif de ces travaux de recherche est de développer un traitement de surface par voie liquide, à la fois innovant et conforme à la législation REACH, pour améliorer les propriétés d'anticorrosion des alliages d'aluminium ; le procédé d'élaboration présentement étudié, est composé d'une anodisation poreuse puis d'un colmatage par imprégnation de particules au sein des pores. Un film anodique poreux " modèle " a tout d'abord été élaboré et caractérisé : son épaisseur est de 10 µm, tandis que les pores sont rectilignes et ont un diamètre moyen de 120 nm. Puis, nous avons étudié la synthèse par voie aqueuse, de nanoparticules de boehmite, l'optimisation des différents paramètres de synthèse ayant permis finalement d'obtenir des particules d'une taille inférieure à celle des pores du film anodique. Deux techniques d'incorporation ont ensuite été expérimentées : le trempage-retrait et l'électrophorèse. La compréhension des mécanismes mis en jeu et de l'influence de différents paramètres opératoires, a permis une maitrise des procédés et l'insertion effective de particules. Des caractérisations microstructurales ont en particulier montré que l'insertion de particules est plus aisée dans le cas d'une électrophorèse avec une tension pulsée. Enfin, la mise en œuvre d'un post-traitement hydrothermal après l'imprégnation, a permis d'obtenir un colmatage complet des pores du film anodique, et d'augmenter significativement les propriétés anticorrosion. / Aluminum parts are widely used in the aeronautical field because of their good mechanical properties. But they require a surface treatment to improve their resistance to corrosion. Subject to new standards on the use of chemicals and awareness of environmental and human protection, the aeronautical industry must now replace current surface treatment processes, which have become obsolete because they include CMR compounds. The aim of this research is to develop a surface treatment, both innovative and REACH compliant, to improve the anticorrosion properties of aluminum alloys; the process here studied, is composed of a porous anodization and a sealing by impregnation of particles within the pores. A "model" porous anodic film was first prepared and characterized: its thickness is 10 µm, while the pores are straight and have a mean diameter of 120 nm. Then, we studied the aqueous synthesis of boehmite nanoparticles; the optimization of the synthesis parameters finally allowed to obtain a particle size smaller than the pore diameter. Two incorporation techniques were then tested: dip-coating and electrophoresis. The understanding of the involved mechanisms and of the influence of different operating parameters, allowed a control of the processes and the effective insertion of particles. In particular, microstructural characterizations showed that the particle insertion is easier using pulsed voltage electrophoresis. Finally, a hydrothermal post-treatment after the impregnation, allowed to obtain a complete sealing of the anodic film pores, and to significantly increase the anticorrosion properties.

A suspension is a fully saturated mixture of discrete solid particles and interstitial liquid. Examples of suspensions include pastes, slurries, cement, food-spreads, drilling fluids and some geophysical flows. The present work focusses on granular (as opposed to colloidal) suspensions, which we define as those for which the thermal motion of the solid particles is negligible. Despite such ubiquity in industry and nature, our understanding of the mechanical properties of suspensions lags behind that of their constituent solid and liquids. In this thesis, the discrete element method is used to simulate suspension flow in shear, capillary and constriction geometries, mapping and characterising the fundamental flow, or rheological, regimes. As a starting point (Chapter 2), we consider an established regime map for dry granular materials, appropriate for flows of sand, grains and dry debris. Taking guidance from shear flow simulations that consider the lubricating effect of an interstitial liquid, we recast the regime map for a general suspension, elucidating flows comparable to the dry material or to a viscous liquid, dependent on the shear rate, liquid viscosity and particle stiffness. We give an account of the microstructural traits associated with each regime. Motivated by recent groundbreaking theoretical, computational and experimental work, we incorporate the emerging picture of frictional shear thickening into our regime map (Chapter 3). Our shear flow simulations capture the shear thickening behaviour and demonstrate that it may, in principle, occur in any of the identified flow regimes. Our simulations of time-dependent shear flows (Chapter 4), specifically flow reversal, provide a detailed micro-mechanical explanation of a longstanding and previously unexplained experimental finding, guiding future experimentalists in decomposing the particle and liquid contributions to the viscosity of any suspension. Indeed, the findings have already been exploited in the devising of an experimental protocol that has successfully proven the dominance of particle contacts in driving shear thickening. We next consider suspension flow in a microchannel (Chapter 5), finding that the identified shear flow regimes are locally applicable to flows in complex geometries under inhomogeneous stress conditions only when the local mean shear rate exceeds temporal velocity fluctuations. A more comprehensive description is therefore required to fully characterise the flow behaviour in this geometry. Finally (Chapter 6), we simulate pressure driven suspension flow through a constriction geometry, observing highly inhomogeneous stress distributions and velocity profiles. The roles of particle and fluid properties are considered in the context of an industrial paste extrusion process.

Das thermische Spritzen ist ein industrieller Beschichtungsprozess, der hauptsächlich zum Schutz oder zur Funktionalisierung von Bauteiloberflächen eingesetzt wird. In der Regel werden mit diesem Verfahren Schichten mit einer Dicke von 50 bis zu einigen 100 Mikrometern aufgetragen, die überwiegend durch mechanische Verklammerung haften, wodurch die Materialeigenschaften des Bauteils weitgehend erhalten bleiben. Mit der Einführung von Suspensionen als neue Kategorie der Spritzzusätze etabliert sich gerade eine der weitreichendsten Innovationen der letzten Jahre auf dem Gebiet des thermischen Spritzens. Suspensionen sind Stoffgemische, die aus einer feindispersen, festen Phase, dem Schichtwerkstoff, und einer flüssigen Phase als Trägermedium bestehen. Damit können Partikel mit geringerer Größe in den Beschichtungsprozess eingebracht werden, so dass sich dünnere Schichten und feinere Mikrostrukturen realisieren lassen. Das thermische Spritzen mit Suspensionen erweitert damit den Anwendungsbereich und bildet eine Brückentechnologie zu den Vakuum- Dünnschichtverfahren. Im Fokus dieser Arbeit stehen die drei wichtigen keramischen Werkstoffe Aluminiumoxid, Chromoxid und yttriumstabilisiertes Zirkonoxid, die in der Form von wasserbasierten Suspensionen als Spritzzusätze für das Atmosphärische Plasmaspritzen (APS) und das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) verwendet werden. Für die Injektion der Suspension in das Plasma oder die Flamme wird ein automatisiertes Suspensionsfördersystem verwendet. Darüber hinaus werden spezielle mehrteilige Injektoren entwickelt und getestet. Es werden neue Erkenntnisse zur statistischen Auswertung der Zusammenhänge zwischen den Injektionsparametern, den messbaren Eigenschaften der Tropfenwolke während der Zerstäubung, den Partikeleigenschaften im Spritzstrahl und den daraus resultierenden Schichteigenschaften vorgestellt. Dafür wurde eine neue Kenngröße für den Beschichtungserfolg, ein sogenannter Beschichtungsfaktor, hergeleitet, der sich mit vergleichsweise geringem Aufwand bestimmen lässt und außerdem die zusätzlichen Prozessvariablen beim Suspensionsspritzen mit berücksichtigt. Im Anschluss werden Beispiele für wasserbasierte, suspensionsgespritzte Schichten aus den drei keramischen Werkstoffen vorgestellt, bei denen durch entsprechende Charakterisierungsmethoden das Anwendungspotential im Vergleich zu Spritzschichten nach dem Stand der Technik verdeutlicht wird. Die Anwendungsgebiete umfassen dabei die elektrische Isolation, den Verschleißschutz sowie die thermische Isolation. Den Abschluss der Arbeit bildet eine kritische Diskussion der Eignung von wasserbasierten Suspensionen für das thermische Spritzen mit Plasma- und Flammspritzprozessen. Es werden die Vor- und Nachteile dieser Beschichtungstechnik analysiert und Verbesserungsvorschläge sowohl für die weitere Suspensions- als auch für die Anlagenentwicklung unterbreitet.

O sistema de suspensão de um veículo desempenha papel fundamental na isolação das vibrações provenientes da pista e de outras fontes de excitações e tem como alguns de seus objetivos: melhoria do conforto dos passageiros, manutenção da integridade das cargas e das vias (asfalto), aumento da segurança, proporcionando melhores condições de aderência pneu-piso, etc. A predição do desempenho de um sistema de suspensão veicular antes da construção de um protótipo físico, permite o dimensionamento prévio dos componentes que o integram com maior precisão, otimizando-se, desta forma, o custo final do produto bem como custos e prazos decorrentes de modificações para solucionar problemas que seriam detectados somente na experimentação do protótipo físico. Este trabalho apresenta um comparativo entre os resultados analíticos obtidos utilizando-se as funções transferências de um modelo simplificado (ou clássico) linear de uma suspensão automotiva de 1/4 de veículo (quarter-car); dos obtidos através da utilização de um protótipo virtual do mesmo modelo simplificado (ou clássico) de 1/4 de veículo e, por fim, dos obtidos utilizando-se um protótipo virtual de um sistema de suspensão do tipo MacPherson, sendo que os protótipos virtuais podem trabalhar com não-linearidades. São obtidas as respostas dinâmicas no domínio da frequência (0 a 30 Hz) e também no domínio do tempo, neste último caso utilizando-se como entrada um pulso no pneu, que simula a passagem do veículo sobre um obstáculo a 18 Km/h. Os resultados são comparados objetivamente e conclui-se sobre as limitações de utilização do modelo simplificado (ou clássico) de 1/4 de veículo. / The performance of the suspension system of a vehicle is fundamental to isolate the vibrations from road and from other sources and has the following objetives: improve the comfort of passengers (ride), protect the cargo and the road (asphalt), improve vehicle handling, etc. The prediction of the performance of a vehicle´s suspension system prior to the real prototype construction, allows the previous optimization of the design of the suspension´s components, obtaining a low cost product, in a shorter timming, with lower development costs, by solving problems that would be evident only during the tests with the real prototype. This study presents a comparison between analitycal results obtained by the use of transfers functions of a plain or classical linear model of a automotive suspension system named quarter-car; the results obtained from a virtual prototype of the same plain or classical model and, finally, the results obtained from a virtual prototype of a Macpherson suspension system, considering that the virtuals prototypes are be able to work with non-linearities. The dynamic response are obtained in the frequency domain (0 a 30 Hz) and in the time domain too, in this last case, with a pulse input in the tire, that simulates the car passing over a bump with a speed of 18 Km/h. Through the comparison of the results is possible to conclude about the limitations of the classical model.

La scoliose infantile est une déformation rachidienne évolutive survenant chez l'enfant de moins de 3 ans. La technique de correction la plus répandue actuellement est celle des « tiges de croissance ». Cependant, la rigidité du matériel provoque la dégénérescence des disques intervertébraux, ce qui di-minue l'efficacité du traitement. Des études récentes ont montré l'effet bénéfique d'implants flexibles sur les disques. Notre équipe a donc développé le concept d'une suspension implantable qui permet de garder la mobilité axiale des segments instrumentés, associé à un nouveau système de fixation rotulée. Cepen-dant, quelle valeur de raideur permet de préserver les disques tout en corrigeant efficacement la sco-liose ? Cette thèse a donc pour objectifs de démontrer l'intérêt d'une suspension pour les disques inter-vertébraux et d'obtenir des informations quantifiables sur la valeur optimale de raideur. Pour cela des prototypes de suspension avec fixation rotulée, implantables chez le mammifère quadrupède et l'Homme, ont été développés afin d'étudier in vivo et in silico plusieurs gammes de flexibilité. Une étude in vivo sur chèvres adultes saines a été menée pour tester ces prototypes pour 2 raideurs différentes. L'état des disques intervertébraux après 6 mois a été évalué par IRM et par coupes histologiques. En parallèle la biomécanique d'un rachis humain sain puis scoliotique, instrumenté avec différents disposi-tifs (tiges classiques, suspensions, avec ou sans rotules), a été étudiée avec un modèle numérique mul-ti-corps rigides, préalablement validé par comparaison avec des données in vitro de la littérature. Les résultats de l'étude in vivo n'ont pas montré de différence significative entre les différentes instrumentations testées. Un temps d'essai plus long semble nécessaire pour voir apparaître la dégéné-rescence discale. Les simulations numériques ont montré une nette amélioration de la mobilité des segments ins-trumentés avec une suspension rotulée. La majorité de la mobilité est cependant assuré par le nouveau système de fixation et non par la présence d'une plus grande souplesse axiale. La suspension permet néanmoins un gain supplémentaire pour certains mouvements du rachis. Aucune différence significative n'a été constatée entre les 2 valeurs de raideurs étudiées. La présence de fixations rotulée diminue par contre fortement la correction obtenue lors des simulations de chirurgie de distraction. La suspension seule présente un intérêt certain lors de la correc-tion en diminuant les efforts transmis au matériel. Les développements futurs s'orienteraient donc vers une suspension combinée à des fixations rotulées présentant également des raideurs en rotation pour conserver correction et mobilité / Infantile scoliosis is a progressive spinal deformity occurring in children under 3 years-old. The most common currently correction technic is the "growing rods" one. However, the implant rigidity causes intervertebral discs degeneration, which decreases the treatment efficiency. Recent studies have shown the benefic effect of flexible implants on discs. Our team has developed the concept of an implantable suspension that keeps the axial mobility of the instrumented segments, associated with a new fastening ball joint system. However, which is the stiffness value that preserves discs while correcting scoliosis? This thesis goal is to demonstrate the effectiveness of a suspension device for preserving inter-vertebral discs health and obtain quantifiable information on the optimum stiffness value. Prototype suspensions with ball joint fastenings, implantable in quadruped mammals and humans, have been de-veloped to study several ranges of stiffness values in vivo and in silico. An in vivo study on healthy adult goats was conducted to test these prototypes for two different stiffness values. The intervertebral discs health after 6 months was evaluated by MRI and histological sections. In parallel the biomechanics of a human spine was studied with a rigid multi-body numerical model previously validated against in vitro literature data. Healthy and scoliosis subjects instrumented with different devices (traditional rods, sus-pensions, with or without the ball) were modeled. The results of the in vivo study showed no significant difference between the several instrumen-tations. A longer test time seems necessary to observe the onset of disc degeneration. Numerical simulations have shown a marked mobility improvement for the segments in the in-strumented area with a suspension device associated with a ball joint system. However, the majority of the mobility is provided by the new fixing system and not by a greater axial flexibility. The suspension still allows additional gain for certain spine movements. No significant differences were found between the two studied stiffness values. The presence of a ball joint fastening decreases strongly the correction obtained during surgery distraction simulations. The suspension has an interest during correction by reducing the forces trans-mitted to the material when used alone. Future developments thus would lead to a suspension device associated with ball joint fasten-ings that also have rotational stiffness to keep both good scoliosis correction and segments mobility

L’impact énergétique de la tribologie sur la vie économique et industrielle est important ; diminuer le frottement et l’usure des pièces mécaniques est un véritable enjeu pour des secteurs industriels très divers. Cette étude s’inscrit dans le cadre de la prévention de l’usure d’éléments mécaniques pouvant être soumis à des conditions sévères d’utilisation telles que les hautes températures. La réalisation de revêtements protecteurs céramique-métal est alors particulièrement indiquée afin d’apporter respectivement la résistance à la corrosion induite par les hautes températures avec un alliage adapté, et la résistance à l’usure grâce à la dureté des céramiques. D’autre part, le développement des recherches dans le domaine nanométrique a montré l’intérêt de la diminution de l’échelle sur l’amélioration des propriétés tribologique globales des revêtements. La projection thermique regroupe alors les procédés les plus adaptés à la réalisation de tels revêtements. Dans ce travail, des revêtements multi-composants (céramique-métal) et multi-échelles (micrométrique-nanométrique) sont développés par projection plasma afin de répondre à la problématique de résistance tribologique à haute température. La réalisation des dépôts est mise en œuvre à l’aide d’une torche tri-cathodes (TriplexPro-200) avantageuse pour sa stabilité et les larges possibilités laissées par sa fenêtre opératoire étendue. Les spécificités de cette torche seront étudiées afin d’adapter au mieux le procédé à la réalisation complexe de dépôts à composante multi-échelle. Une démarche innovante de projection hybride associant projection de poudres micrométriques et de suspensions de poudres nanométriques sera alors développée. Les étapes ayant amenées à la réalisation de ces revêtements sont détaillées dans ce travail puis les caractéristiques et le comportement tribologique des dépôts sont finalement étudiés. / Nowadays, tribology has a high energetic impact on economic and industrial areas. Thus, reducing wear and friction of mechanical parts has become a real stakes for various industries. This study is focused on the wear prevention of mechanical parts subjected to severe operating conditions like high temperatures.The realization of protective ceramic-metal coatings is thus particularly appropriated to improve corrosion resistance induced by the high temperatures, with a suitable alloy, and the wear resistance, thanks to the ceramics hardness. Furthermore, researches development in the nanoscale field have shown the interest of scale reduction on the improvement of coatings tribological properties. Thermal spraying is then the most appropriate process for the realization of such coatings.In this work, multi-components (ceramic-metal) and multi-scales (micrometric-nanometric) coatings are developed by plasma spraying in order to give an answer to the high temperature tribological resistance issue. Coatings are realized using a three-cathodes plasma gun (TriplexPro-200) which provides a more stable plasma jet and offers wide possibilities by an extended operating window. First, the special features of this kind of plasma gun will be studied in order to adjust the process to the complex realization of multi-scale coatings. An innovative approach using a hybrid spraying process was thus developed, combining conventional micrometric powder spraying and suspension of nanoscale powders spraying. In a second time, the steps leading to the production of such coatings will be detailed, and finally, their main properties and their tribological behavior will be studied.

Nous étudions le drainage des mousses de suspension granulaire. Nos paramètres de contrôle sont : la fraction en gaz, la taille des bulles, celle des particules et la fraction volumique de celles-ci dans la phase interstitielle. En premier lieu, nous mesurons la proportion de liquide et de particules retenus dans le réseau de la mousse en fonction des paramètres cités précédemment. Ces mesures réalisées une fois le drainage terminé apportent des éléments de compréhension indispensables à la description des vitesses de drainage. Nous montrons également que certaines combinaisons de nos paramètres d'étude conduisent au blocage du système gaz, liquide, solide. Dans un second temps, nous avons identifié différents régimes de cinétique de drainage, nous montrons qu'ils sont contrôlés par deux paramètres : (i) le rapport lambda de la taille des particules et de la taille des constrictions du réseau, (ii) la fraction en particules dans la phase interstitielle phi. Le point clé pour comprendre ces régimes est le piégeage des particules dans la mousse qui peut avoir deux origines : (i) par piégeage collectif (jamming) qui peut survenir pour des fractions étonnamment basses à cause de la géométrie du réseau interstitiel, (ii) la capture individuelle des particules par la mousse lorsque leur taille devient supérieure à celle des constrictions du réseau interstitiel. Des particules encore plus grosses sont exclues du réseau et participent à une remontée de la vitesse de drainage, faisant apparaître un minimum pour le régime correspondant à la capture individuelle. La fraction granulaire de la phase interstitielle est aussi essentielle, le drainage pouvant être stoppé pour des fractions suffisamment élevées lorsque lambda est judicieusement choisi. Ce travail propose des pistes prometteuses pour la stabilité des matériaux triphasiques / We study the drainage of granular suspensions foams. Our control parameters are the gas fraction, the bubble size, the particles size and the interstitial particle fraction. First, we measure the proportion of liquid and particles retained in the foam network as function of the above mentioned parameters. These measurements are performed when the drainage is over, they are essential for the description of drainage velocity. We show that certain combinations of our study parameters lead to the jamming of the three-phase system : gas, liquid, solid. Secondly, we highlight different regimes of drainage velocity, we show that is controlled by two parameters : (i) lambda, the ratio of the particle size and constriction size, (ii) the fraction of particles in the interstitial network : phi. The key to understand these regimes is the trapping of particles in the foam : (i) the jamming, which may occur for surprisingly low fractions due to the geometry of the pore network, (ii) the particles captured by the foam network when they become larger than the constrictions network. Finally, larger particles excluded from the network increase the drainage velocity, as a consequence the minimum for the velocity corresponds to the individual capture. The granular fraction of the suspension in the foam network is the other key parameter. Especially, the drainage can be stopped for sufficiently high fractions for certain values of lambda. This work offers promising outlook for the stability of three-phase materials

Les suspensions de particules colloidales dans des fluides newtoniens sont utilisées dans un grand nombre de secteurs pour leurs propriétés complexes. Ces dernières proviennent de l’interaction entre les forces hydrodynamiques et les forces physico-chimiques interparticulaires. Malgré de nombreuses études dédiées aux comportements des suspensions colloïdales le lien entre propriétés macroscopiques et forces d’interactions est toujours source de discussions. L’objectif de ce travail est de comprendre et caractériser, aux différentes échelles, et à l’aide de différentes techniques expérimentales, le lien entre la floculation des suspensions et quelques grandeurs rhéologiques (module élastique et contrainte seuil) caractérisant leur comportement macroscopique.La diversité chimique, en taille et en forme des constituants des pâtes cimentaires ainsi que la réactivité du système rendant l’étude trop délicate, des suspensions modèles sont utilisées (particules de silice sphériques et broyés en suspension dans de l’eau).Les suspensions colloïdales formulées sont thixotropes, l’évolution des propriétés rhéologiques en fonction du temps est analysée.Pour les deux types de suspensions, on observe que la contrainte seuil et le module élastique augmentent avec la fraction volumique en particules, la force ionique et le temps de repos.Ces deux grandeurs dépendent de la microstructure des suspensions mais décrivent deux réponses distinctes du matériau suite à l’application d’une sollicitation mécanique. Bien que ces grandeurs soient pilotées par la microstructure du matériau il n’y a pas d’évidence qu’elles soient liées l’une à l’autre. Cependant toutes les données G’=f(Tc) se placent sur une courbe unique pour un type de particule et une taille donnée. Ce résultat confirme que le module élastique peut être utilisé comme un paramètre de structuration caractérisant l’influence de la floculation sur la contrainte seuil. De plus nous nous sommes intéressés à l’impact de la taille des particules sur la réponse rhéologique du matériau. Nous observons que la contrainte seuil est proportionnelle à l’inverse de la taille des particules au carré et le module élastique à l’inverse de la taille des particules. Les modèles présents dans la littérature ne prédisent pas la même normalisation par la taille, cela suggère que les interactions interparticulaires contrôlant le comportement macroscopique ne sont pas encore totalement comprises.L’observation des suspensions au repos par microscopie confocale ne révèle pas de réorganisation structurelle dans le temps. Ainsi la thixotropie des suspensions s’explique probablement par l’existence de nano-organisations structurelles. Cependant des différences de structures sont mises en évidence pour des suspensions de formulations éloignées. Une structure primaire dépendant de l’intensité des interactions et de la fraction volumique se forme de manière instantanée une fois que le précisaillement est arrêté. Il s’en suit une évolution des propriétés rhéologiques avec le temps de repos qui est attribuée à des réarrangements très localisés non visibles par microscopie / Suspensions of colloidal particles suspended in a Newtonian fluid are encountered in many fields of daily life or industrial sectors. Complex behavior of colloidal suspensions comes from the interplay between hydrodynamical and several physico-chemical interactions between the particles. Even if a lot of works have been devoted to these topics, the complex relationships between the interparticle forces and the suspension's overall macroscopic behavior are far from being fully understood. This work aims to understand and characterize, at different scales, and through several techniques, the link between the flocculation state and some rheological properties (elastic modulus and yield stress) of colloidal suspensions.As in real system diversity in sizes, shapes, chemical constituents combined with chemical reaction make the system hard to control we work with model suspensions (spherical and crushed silica particles suspended in water).The suspensions being highly thixotropic, we characterize the evolution of their rheological properties (elastic modulus: G’ and yield stress: τc) with time.We observe for both materials that yield stress and elastic modulus increase with volume fraction, ionic strength and resting time.The two quantities G’ and τc depend on the microstructure ie the floculation state but are linked to two different kinds of response when a mechanical loading is apply to the system. Of course, both quantities depend on the flocculation state of the system but there is not clear evidence that these two quantities must be linked one to the other. However all the data G’=f (τc) collapse onto a simple curve for a given type and a given size of particle. This result proves that elastic shear modulus can be used as a “structural parameter” to account for the influence of flocculation on the yield stress.Moreover we focus on the effect of particle size on the measured properties and we observe that the yield stress scales with the inverse of the squared particle size and the elastic modulus with the inverse of particle size. The models existing in literature do not predict this scaling which would suggest that the interactions controlling macroscopic behaviour are still not fully understood.The observations performed with cofocal microscopy do not reveal any structural organisations when suspensions are left at rest. Then thixotropy of suspensions is assumed to be linked to nano scale change in microstructure. But different microstructure are observed regarding the suspension formulation. A primary microstructure is instantaneously formed once preshear is stopped depending on the intensity of interactions and volume fraction. After that the evolution of rheometric quantities with resting time are attributed to very local rearrangement not detectable with microscopy

The designers of heavy, off-road vehicle suspension systems face unique challenges. The ride comfort versus handling compromise in these vehicles has been frequently investigated using mathematical optimisation. Further challenges exist due to the large variations in vehicle sprung mass. The suspension system must provide adequate isolation from road load inputs throughout its payload operating range. This is imperative if good vehicle structural life is to be ensured. A passive suspension system can only provide optimal isolation at a single payload. The designer of such a suspension system must therefore make a compromise between designing for a fully-laden or unladen payload state. This work deals with suspension optimisation for vehicle structural life. The work mainly addresses two questions: 1) What are the suspension characteristics required to ensure optimal isolation of the vehicle structure from road loads? and 2) If such optimal suspension characteristics can be found, how sensitive are they to changes in vehicle payload? The study aims to answer these questions by examining a Land Rover Defender 110 as case study. An experimentally validated mathematical model of the test vehicle is constructed for the use in sensitivity studies. Mathematical optimisation is performed using the model in order to find the suspension characteristics for optimal structural life of the vehicle under consideration. Sensitivity studies are conducted to determine the robustness of the optimal characteristics and their sensitivity to vehicle payload variation. Recommendations are made for suspension characteristic selection for optimal structural life. AFRIKAANS : Ontwerpers van swaar, veldvoertuig suspensie stelsels staar unieke uitdagings in die gesig. Die ritgemak teenoor hantering kompromie in hierdie voertuie is reeds telkemale ondersoek, ook met wiskundige optimering. Verdere uitdagings bestaan as gevolg van die groot veranderinge in geveerde massa by hierdie voertuie. Die suspensiestelsel moet gepaste isolasie van pad insette oor `n wye reeks van bedryfstoestande lewer. Dit is veral belangrik indien daar verseker wil word dat die voertuig goeie struktuurleeftyd het. `n Passiewe suspensiestelsel kan egter slegs optimale isolasie by `n enkele vragtoestand lewer. Die ontwerper van `n passiewe suspensie stelsel moet dus `n kompromie aangaan tussen ontwerp vir `n vol of leë vragtoestand. Hierdie studie handel oor suspensie optimering vir struktuur leeftyd. Die werk spreek hoofsaaklik twee vraagstukke aan: 1) Watter suspensie karakteristieke word benodig om die voertuig struktuur optimaal van padinsette te isoleer? en 2) Indien sulke optimale karakteristieke gevind kan word, wat is hulle sensitiwiteit vir veranderinge in voertuig vrag? Die studie mik om hierdie vraagstukke aan te spreek deur ondersoeke op `n Land Rover Defender 110 toetsvoertuig. `n Eksperimenteel gevalideerde, wiskundige model van die toetsvoertuig word saamgestel met die oog op sensitiwiteitstudies. Wiskundige optimering word met die model uitgevoer om sodoende die suspensie karakteristieke vir optimale struktuurleeftyd vir die betrokke toetsvoertuig te bepaal. Sensitiwiteitsanalises word gedoen om die robuustheid van die optimale karakteristieke, met betrekking tot veranderinge in voertuig vrag, vas te stel. Aanbevelings word gemaak oor die keuse van suspensie karakteristieke vir optimale struktuur leeftyd. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2010. / Mechanical and Aeronautical Engineering / unrestricted