La turbine Pelton est une turbine hydraulique dont le fonctionnement se caractérise par l’interaction d’un jet d’eau avec les augets d’une roue. Cette étude a pour but de comprendre les phénomènes influençant le jet et son interaction avec les augets. Pour cela deux actions différentes ont été menées. Une première a visé à caractériser expérimentalement la fragmentation d’un jet de turbine Pelton. La seconde s’est attachée à développer une méthode numérique pouvant mener`à la simulation précise de jets réels de turbines Pelton. La partie expérimentale a permis de déterminer le mode de fragmentation de ces jets (atomisation turbulente), mais aussi l’influence de la rugosité des parois de l’injecteur sur les performances de la turbine. La participation de ce travail à un projet expérimental a permis de montrer l’influence de l’écoulement en sortie d’injecteur sur la fragmentation du jet. Les phénomènes physiques influençant principalement l’évolution du jet ont ainsi été déterminés. La partie numérique a eu pour but de mettre en place une méthode permettant de simuler l’évolution d’un jet de turbine Pelton (fragmentation) et son interaction avec un auget. Etant donnés les progrès de la méthode SPH-ALE pour la simulation d’impact de jets pour les turbines Pelton, il a été décidé d’adapter cette méthode pour les simulations visées. Ainsi une étude du choix de la vitesse des interfaces de problème de Riemann a permis de réaliser un modèle multiphase stable pour les forts rapports de densité (eau-air). Cette méthode s’est avérée garantir les propriétés de continuité de vitesse normale et de pression à l’interface entre les fluides. L’ajout des phénomènes de tension de surface s’est fait par l’adaptation du modèle CSF (Continuum Surface Force) et le développement d’un second modèle nommé Laplace Law Pressure Correction (LLPC).L’intégration du saut de pression dans le solveur de Riemann a nécessité une étude précise du calcul de la courbure et a permis d’améliorer la simulation de loi de Laplace. La méthode numérique a été ensuite validée sur les cas académiques d’onde gravitaire, de rupture de barrage et d’oscillation de goutte. Les ressources en mémoire et le temps de calcul associé à cette méthode ont nécessité la parallélisation du code de calcul. Le caractère lagrangien de la méthode a très largement influencé la méthode de découpe de domaine pour permettre une bonne répartition de la charge de calcul entre les différents processeurs. En conclusion les phénomènes physiques influençant la fragmentation de jets issus d’injecteurs de turbine Pelton sont désormais mieux connus et ils ont pu être introduits dans la méthode numérique. Les prochains développements porteront sur la simulation de jets dont la condition d’entrée s’attachera à être représentative des caractéristiques d’un écoulement en sortie d’un injecteur de turbine Pelton. / A Pelton turbine is characterized by a water jet which is impacting rotating buckets. The main goal of this study is to understand the phenomena which are impacting the jet and its interaction with the bucket. This study was considering two main works. One is considering experiments which allow determining the jet fragmentation. The second part considers development of a numerical code able to reproduce phenomena linked to Pelton jet fragmentation. The experimental part succeeds to associate Pelton jet behavior with mode of jet fragmentation (turbulent dispersion) and shows the impact of hydraulic roughness on Pelton turbine performances. The access to experimental results from a project involving this PhD work, demonstrates the role of the inlet velocity/turbulence profile on the jet fragmentation. The numerical part used the SPH-ALE (Smoothed Particle Hydrodynamics - Arbitrary Lagrange Euler) method to implement physical models linked with jet fragmentation. This choice was done because of its ability to predict pressure fields resulting of the interaction of a water jet and a rotating bucket. A multiphase model was developed based on a modification of the velocity of the interface of Riemann problem. This model does not diffuse the interface and recovers continuity of normal velocity and pressure at the interface between both fluids. Surface tension effect was implemented through an adaptation of the CSF (Continuum Surface Force) model and through amodel called LLPC for Laplace Law Pressure Correction. A study of the computational methods to determine the interface curvature was performed for the integration of the pressure jump in the Riemann solver. Validation was done on academicals test cases as gravity waves, dam breakor droplet oscillations. The numerical code was parallelized to perform large numerical simulations.To conclude, the numerical code integrates physical phenomena which were shown as important in the experiments. The developments will try to perform jet simulation with inlet condition which will be representative of flow conditions at the outlet of a Pelon turbine injector.

De nos jours, la nécessité d’atteindre la stabilité à long terme et la facilité d'utilisation, en plus d’une plus grande fonctionnalité, implique que de nombreux produits alimentaires et ingrédients liquides ou solides sont déshydratés ou transformés mécaniquement en poudre. Les procédés de fabrication des poudres alimentaires exigent toujours la satisfaction d’une série de critères tels que la performance du procédé et la qualité du produit. La technologie d’atomisation est toujours considérée comme la principale technologie de production des poudres dans plusieurs domaines variés grâce à ses avantages prépondérants. Néanmoins dans quelques cas, l’atomisation se montre moins efficace car les frais d’investissement initiaux et de production sont trop élevés ; le besoin d’aboutir à une grande surface spécifique des poudres entraîne beaucoup de problèmes complexes concernant le transport, le nettoyage, la récupération du produit, les risques d’explosion et la dégradation thermique du produit. Tandis que, de nombreux travaux de recherche sur le phénomène d’autovaporisation par DIC (Détente Instantanée Contrôlée) ont montré que la technologie DIC est capable de résoudre de nombreuses problématiques industrielles, menant par la suite à l’obtention de produits finis de très hautes qualités et à la réduction de la consommation d’énergie. Cependant, les applications de la technologie DIC dans la fabrication des poudres alimentaires restent encore restreintes, et la comparaison des propriétés de la poudre obtenue grâce à la DIC avec les autres méthodes de production n’est pas encore effectuée systématiquement. Dans un tel contexte, ce travail de thèse est réalisé en vue de contribuer à résoudre quelques problèmes concernant le contrôle et l’amélioration de la qualité de poudre alimentaire ainsi que l’efficacité du transfert de chaleur dans les opérations d’atomisation et d’autovaporisation (traitement DIC). Afin d’atteindre ces objectifs, deux matières premières principales examinées sont la gomme arabique et le soja. Cinq principales recherches effectuées dans cette thèse consistent en : premièrement, l’étude comparative des procédés de production de la poudre de gomme arabique et les impacts du traitement DIC sur les propriétés du produit fini ; deuxièmement, l’optimisation des conditions opératoires de l’atomiseur dans la fabrication du mélange de poudres de gomme arabique (GA) et maltodextrin (MD) en tant qu’un matériau de parois pour la technologie d’encapsulation ; troisièmement, l’étude comparative des procédés de production de la poudre de soja et les impacts du traitement DIC sur les propriétés du produit fini ; quatrièmement, l’optimisation des conditions opératoires de l’atomiseur dans la fabrication de la poudre de soja ; et finalement, les impacts du taux (GA/MD) dans la fabrication de la poudre de soja par atomisation. Les résultats obtenus ont indiqué que la technologie DIC peut être utilisée à la place de l’atomisation pour fabriquer les poudres de haute qualité de la gomme arabique et du soja. Les propriétés de ces poudres ont été contrôlées et améliorées à travers le réglage des conditions opératoires de l’atomiseur et du traitement DIC. Les paramètres opératoires optimaux dans chaque cas ont été trouvés grâce à l’optimisation de processus en termes de qualité du produit fini et d’efficacité de transfert de chaleur dans la chambre de séchage. / Nowadays, the need to achieve long term stability and usability, in addition to greater functionality, implies that many food products and liquid or solid ingredients are dehydrated or mechanically transformed into powder. The manufacturing processes of food powders always require the satisfaction of a series of criteria, such as process performance and product quality. The spray drying technology is always considered the main method used for producing the powders in many varied fields thanks to its preponderant advantages. However, in some cases, the spray drying shows less effective because the initial investment and production costs are too high ; the need to reach a large specific surface area of the powders causes a lot of complex problems relating to the transportation, cleaning, product recovery, explosion risk and thermal degradation of final product. Whereas, many research work on the autovaporization phenomenon by DIC (Instant controlled pressure drop) showed that the DIC technology is able to solve many industrial problems, eventually leading to obtaining the very high-quality finished products and reducing the energy consumption. However, applications of the DIC technology in the manufacture of food powders are still restricted, and the comparison of the properties of the powder obtained by DIC with other production methods is not yet performed systematically. In such a context, this thesis work is performed in order to contribute to solving some problems concerning the control and improvement of the food powder quality as well as the heat transfer efficiency in the spray drying and autovaporization operations (DIC treatment). In order to attain these objectives, two main raw materials consisting of gum arabic and soybean were examined. Five main researches carried out in this thesis consist of : firstly, comparative study of methods for producing the gum arabic powder and the impacts of DIC treatment on the properties of finished products ; secondly, optimization of the spray drying operating conditions for producing the powder mixture of gum arabic (GA) and maltodextrin (MD) as a wall material for encapsulation technology ; thirdly, comparative study of methods for producing the soybean powder and the impacts of DIC treatment on the properties of finished products ; fourthly, optimization of the spray drying operating conditions for producing the soybean powder ; and finally, impacts of ratio (GA/MD) in the manufacture of soybean powder by spray drying. The obtained results showed that the DIC technology can be used instead of the spray drying to produce the high quality powders of gum Arabic and soybean. The properties of these powders were improved and controlled by adjusting the operating conditions of spray dryer and DIC treatment. The optimal operating parameters for each case were found thanks to the process optimization in terms of product quality and heat transfer efficiency in the drying chamber.

Le travail de cette thèse a pour but de fournir et valider des outils permettant d'étudier et de comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l'injection d'un carburant dans un moteur à combustion interne, principalement axé sur l'écoulement intra-injecteur. Ces outils sont numériques et permettent de simuler la formation d'un spray. Une première partie est axée sur la modélisation 0D. Les modèles permettant de prédire des caractéristiques de spray comme son angle, sa pénétration ou encore la longueur du corps liquide, sont comparés à des données expérimentales. Les conclusions sont que la modélisation 0D permet d'obtenir de bons résultats. Par contre une meilleure connaissance de l'influence de la cavitation sur le spray, qui passe par la compréhension de l'écoulement intra-injecteur, pourrait être bénéfique pour la prédiction de ces modèles. Une seconde étude sur l'écoulement intra-injecteur est alors menée en utilisant un modèle à équation barotrope. Une validation de celui-ci est effectuée de façon à vérifier qu'il est capable de prédire correctement l'écoulement dans un injecteur. Le modèle offre de bons résultats et peut être utilisé pour l'étude suivante. Enfin, dans la dernière partie, le modèle de cavitation qui a été validé est utilisé. Une géométrie d'injecteur mono-trou est utilisée avec des pressions comparables à celles utilisées actuellement en automobile. L'étude consiste à étudier l'influence de plusieurs paramètres géométriques sur l'apparition de la cavitation. Le mouvement de l'aiguille est aussi étudié et est comparé, après avoir offert au code la possibilité de maillage mobile, à des résultats in-stationnaires pour plusieurs levées d'aiguille. / The work of this thesis aims to provide and validate tools useful to study and understand the phenomena involved in the injection of fuel, mainly focused on intra-flow injector. These tools are numeric and simulate the formation of a spray. A first part focuses on zero-dimensional modelling. Models which predict these following characteristics of spray like the spray angle, the spray penetration or the liquid length are compared with experimental data. The conclusions are that zero-dimensional modelling provides good results very quickly in some cases. Although, a better understanding of the influence of cavitation on the spray, which requires an understanding of the intra-flow injector, could be beneficial for the prediction of these models. A second study is carried out to select a model of multi-dimensional cavitation. The chosen model is a barotropic equation model. A validation of this model is then performed to ensure that it is able to predict the cavitating flow inside a nozzle. The model provides good results and can be used for the next step. Finally, in the third part, the cavitation model previously validated is used. Single-hole nozzle geometry is used with an injection pressure comparable to that used in internal combustion engines with direct injection system. The study is done to investigate the influence of several geometrical parameters on the onset of cavitation. The movement of the needle is also studied and compared, after offering to the code the possibility of moving mesh, to the results of several stationary needle lifts.

L’objet de cette thèse a été de développer une méthode numérique multi-approche et multiéchelle appliquée à la simulation d’écoulements diphasiques de fluides non miscibles, incompressibles et isothermiques et plus particulièrement à l’atomisation primaire. Cette méthode repose sur une approche couplée entre un maillage local raffiné et un maillage global plus large. Le couplage est explicite avec raffinement en temps, c’est-à-dire que chaque domaine évolue selon son propre pas de temps. Afin de prendre en compte les différentes échelles en temps et en espace dans le processus d’atomisation, cette méthode numérique couple deux méthodes numériques diphasiques différentes : une méthode de capture de l’interface dans le domaine local raffiné près de l’injecteur et une méthode de sous-maille dans le domaine global grossier et la région du spray dispersé. Le code développé et parallélisé dans le logiciel OpenFOAMR s’avère capable de réduire de manière significative le temps de calcul d’une simulation aux grandes échelles de l’atomisation dans un injecteur coaxial, tout en prédisant de manière fiable les données expérimentales. / The purpose of this work has been to develop a multi-approach and multi-scale numerical method applied to the simulation of two-phase flows involving non miscible, incompressible and isothermal fluids, and more specifically primary atomization. This method is based on a coupled approach between a refined local mesh and a coarser global mesh. The coupling is explicit with refinement in time, i.e. each domain evolves following its own time-step. In order to account for the different scales in space and time of the atomization process, this numerical method couples two different two-phase numerical methods: an interface capturing method in the refined local domain near the injector and a sub-grid method in the coarser global domain in the dispersed spray region. The code has been developed and parallelized in the OpenFOAMR software. It is able to reduce significantly the computational cost of a large eddy simulation of a coaxial atomization, while predicting with accuracy the experimental data.

Le polymorphisme revêt un grand intérêt dans le domaine pharmaceutique puisqu’il concerne plus de 80% des principes actifs (PA). Les différences de propriétés physicochimiques entre deux polymorphes peuvent influer sur la mise en forme galénique de la molécule active, sa biodisponibilité, sa stabilité lors du stockage voire même sur son activité. D'un point de vue industriel, l'hétérogénéité de surface d'un solide pharmaceutique semble jouer un rôle fondamental, lors de sa mise en forme mais aussi lors de son stockage. Néanmoins, les interactions de surface avec l’environnement de ce type de solides sont des phénomènes de faible amplitude et donc très difficiles à quantifier. Les techniques de mouillabilité, les plus utilisées, relient le travail d’adhésion à l’énergie de surface par la mesure de l’angle de contact entre le solide et un liquide. La valeur de l’énergie de surface obtenue, n’a qu’un caractère statistique qui caractérise un comportement macroscopique global du solide d’étude. Cette notion perd toute signification à l’échelle microscopique et donc ne répond pas aux besoins actuels de l’industrie pharmaceutique. L’objectif de cette étude est donc de quantifier l’anisotrope énergétique de surface des solides d’intérêt pharmaceutique. La Chromatographie Gazeuse Inverse (CGI) apparaît alors comme une méthode de choix pour caractériser les propriétés de surface de solides divisés. L’étude de l’énergie de surface par CGI à dilution infinie, au travers d’une étude rigoureuse du domaine de Henry, nous a permis de distinguer, en surface, les formes polymorphes α, β et δ du D-mannitol. De plus, elle nous a permis de faire un lien entre la composante dispersive de l’énergie de surface et des procédés de génération et de mise en forme, tels que l’atomisation et le cryobroyage. Les augmentations d’énergie de surface à la suite de ces procédés ont été attribués aux changements intrinsèques de la particule, telles que sa taille et sa morphologie. / The polymorphism phenomenon is of great interest in the pharmaceutical field since it concerns more than 80% of the active pharmaceutical ingredients (API). Differences in physicochemical properties between polymorphs are known to influence the formatting dosage of the active molecule (compression during tableting), bioavailability, toxicity and stability under storage conditions. From an industrial point of view, the surface heterogeneity of pharmaceutical solids seems to play a fundamental role in formatting but also during storage. However, organic solid’s surface interactions are small amplitude phenomenon and therefore very difficult to quantify. Wettability techniques, the most commonly used, relate the work of adhesion to the surface energy by measuring the contact angle between the solid and a liquid. The value of the surface energy obtained has a statistical nature that characterizes a global macroscopic behavior of the solid. This concept becomes meaningless at microscopic level and therefore does not respond to the existing and growing needs of the pharmaceutical industry. The objective of this study is to quantify the anisotropic surface energy of pharmaceutical solids. The inverse gas chromatography (IGC) will appear as the technique of choice for characterizing divided solid surface properties. The study of the surface energy using IGC at infinite dilution, through a rigorous study of Henry’s domain, allowed us to distinguish the polymorphic forms α, β and δ of D-mannitol. In addition, we were able to make a connection between the dispersive component of the solid’s surface energy and the generation and forming processes, such as spray drying (SD) and cryo-milling (CM). Surface energy increments after SD and CM were attributed to changes of the intrinsic characteristics of the particles such as size and morphology.

De nos jours, la voie inhalée constitue le mode d’administration optimal dans le traitement de nombreuses affections respiratoires, et suscite beaucoup d’intérêt pour la délivrance systémique de médicaments. Cependant, le poumon est un organe complexe doté de mécanismes de défense efficients qui limitent la déposition des particules inhalées et les éliminent très rapidement. Cette voie d’administration fait donc l’objet de programmes de recherche intensifs visant à améliorer l’efficacité de la délivrance et la compliance du patient. Il faut néanmoins signaler que le nombre d’excipients dont l’innocuité a été démontrée en inhalation (sous forme de poudre sèche) reste extrêmement limité à l’heure actuelle. A cet égard, l’utilisation de microparticules lipidiques solides (mPLS), constituées d’un mélange de cholestérol et de phospholipides biodégradables et caractérisés par une température de transition de phase élevée, a été envisagée. Le procédé retenu pour la préparation de ces mPLS est la technique d’atomisation à température modérée (spray-drying).<p><p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are presented within this study for super-cooled liquid oxygen atomisation and gasification in a subcritical chamber operating at 1MPa. Relatively low cost simulation techniques have been used and their accuracy evaluated. Gasification efficiency expected from theory is compared with simulation results and physical limitation in addition to modelling limitations are discussed. Impinging jets have been used within the simulations with the intent of atomising the incoming liquid oxygen, followed by injection of hot water vapour perpendicularly, to increase turbulent mixing, residence time and in turn expected gasification efficiency. A computational fluid dynamics heating analysis is also included in order to highlight constraints on the chamber geometry imposed by transient rapid oxidation material limits. 316 stainless steel and 3D printed Inconel 718 were investigated experimentally to identify their transient macroscopic rapid oxidation limits. This information supplements existing published literature for operation at high temperatures for a transient period of time in oxygen rich environments. ANSYS Fluent 2020R1, and its newly included Volume of Fluid to Discrete Particle (VOF-DPM) Model, is used for CFD simulation of LOx atomisation and vaporisation. The CFD simulation technique is discussed in detail in order to allow the reader to gain knowledge into areas where computational power can be saved while still allowing assessment of trends for conducting relatively quick feasibility reviews e.g. for different chamber configurations. The CFD simulation results are compared with published experimental data and its accuracy when extended to this application is discussed. Results indicate that gasification of LOx within a compact chamber may be feasible if sufficient turbulence, resulting in longer residence times is present providing sufficient time for heat and mass transfer from the continuous phase. Simulations indicate that due to the mixing and gasification process the LOx particles within the chamber that have not entered the gaseous phase are smaller than that from pure atomisation and therefore more susceptible to gasification if injected into the main motor combustion chamber. Results hint at the potential benefit of swirl injection of hot gases to increase residence time and in turn the gasification efficiency, therefore, this is recommended for the topic of future research. / Computational Fluid Dynamics (CFD) simuleringar presenteras i denna studie för superkyld flytande syreförstoftning och förgasning i en underkritisk kammare som arbetar vid SI 1 MPa. Relativt billiga simuleringstekniker har använts och deras noggrannhet utvärderats. Förgasningseffektivitet som förväntas från teorin jämförs med simuleringsresultat och fysisk begränsning utöver detta diskuteras modelleringsberäkningarna. Stötstrålar har använts inom simuleringarna med avsikt att finfördela det inkommande flytande syret, följt av injektion av varm vattenånga vinkelrätt, för att öka turbulent blandning, uppehållstid och i sin tur förväntad förgasningseffektivitet. En beräkningsenhetsanalys för uppvärmningsdynamik ingår också för att belysa begränsningar för kammargeometri som införs genom övergående gränser för snabb oxidation. 316 rostfritt stål och 3D-printad Inconel 718 undersöktes experimentellt för att identifiera deras övergående makroskopiska snabba oxidationsgränser. Denna information kompletterar befintlig publicerad litteratur för drift vid höga temperaturer under en kort tid i syrgasrika miljöer. ANSYS Fluent 2020R1, och dess nyligen inkluderade volym av vätska till diskret partikel (VOF-DPM) -modell, används för CFD-simulering av LOxatomisering och förångning. CFD-simuleringstekniken diskuteras i detalj för att göra det möjligt för läsaren att få kunskap om områden där beräkningskraft kan sparas medan man fortfarande tillåter bedömning av trender för att göra relativt snabba genomförbarhetsgranskningar, t.ex. för olika kammarkonfigurationer. CFD-simuleringsresultaten jämförs med publicerade experimentella data och dess noggrannhet när den utvidgas till denna applikation diskuteras. Resultaten indikerar att förgasning av LOx i en kompakt kammare kan vara möjlig vid tillräcklig turbulens, vilket resulterar i längre uppehållstider är närvarande som ger tillräcklig tid för värme och massöverföring från den kontinuerliga fasen. Simuleringar indikerar att på grund av blandnings- och förgasningsprocessen är LOx-partiklarna i kammaren som inte har gått in i gasfasen mindre än den från ren förgasning och därför mer mottagliga för förgasning om de injiceras i huvudmotorns förbränningskammare. Resultat antyder den potentiella fördelen med virvelinjektion av heta gaser för att öka uppehållstiden och i sin tur förgasningseffektivitet, därför rekommenderas detta för ämnet för framtida forskning.

L’application de cette thèse est le contrôle actif de la combustion dans les brûleurs industriels à combustible liquide. Il s’agit d’explorer les possibilités de contrôle d’un spray par des jets gazeux auxiliaires. Deux familles d’actionneurs utilisant ce procédé ont été testées sur un atomiseur coaxial assisté par air. Le premier dispositif est appelé (Dev). Composé d’un unique jet actionneur, il vise à dévier le spray. La seconde configuration, appelée (Sw), est équipée de 4 jets auxiliaires tangents au spray afin de lui conférer un effet de swirl et d’en augmenter le taux d’expansion. Les mesures de granulométrie par PDA et les visualisations du spray par strioscopie démontrent un effet important du contrôle sur l’atomisation et la forme du spray. On observe en outre une déviation pouvant atteindre 30°avec l’actionneur (Dev) et une augmentation du taux d’expansion de 80% dans le cas (Sw). Des simulations du banc expérimental ont de plus été menées avec le code AVBP. L’écoulement de gaz est calculé par simulation aux grandes échelles (SGE ou LES en Anglais). L’approche lagrangienne est utilisée pour simuler la phase dispersée. Une attention particulière a été portée aux conditions d’injection du gaz et des gouttes dans le calcul. Ceci a abouti au développement d’une nouvelle condition limite caractéristique non réfléchissante (VFCBC) destinée à l’injection d’écoulements turbulents en LES compressible. Les résultats de LES présentent un bon accord avec les mesures expérimentales. Les effets du contrôle sur la dynamique des gouttes et sur la topologie du spray (forme, déviation, expansion) sont correctement décrits. / The present work focuses on active control of two-phase combustion in industrial burners. The generic method explored in this thesis consists in controlling the injected fuel spray with transverse air jets. Two families of these jet actuators are tested on a coaxial airblast atomizer. The first system (Dev) is used to modify the trajectory of the spray, while the second one (Sw) introduces swirl into the spray to modify its spreading rate and mixing with the surrounding air. Experimental characterisations of the controlled flow with Schlieren visualisations and Phase Doppler Anemometry (PDA) show that actuators induce important effect on the spray. The deviation angle reaches 30° for the actuator (Dev) and the expansion rate increases of 80 % in the swirl case (Sw). Simulations of the experiment are then performed with the CFD code AVBP. The gas flow is computed with Large Eddy Simulation (LES). A Lagrangian formulation is used to simulate droplets trajectories. A particular attention is given to the injection of the gas flow and the droplets in the calculations. Therefore, a new non-reflecting characteristic boundary condition (VFCBC) has been derived to inject turbulent flows in compressible LES. A good agreement is observed between simulation and experiment. Control effects on the spray topology ( features, deviation, spread rate) and on the droplets velocities and diameters are correctly described by the Lagrangian LES.

Les protéines extraites des végétaux sont des matériaux relativement peu coûteux, non toxiques, biocompatibles et biodégradables. Elles représentent une bonne alternative aux protéines d’origine animale et aux polymères dérivés du pétrole. Dans le cadre de cette étude, les protéines extraites de graines de soja et de tournesol ont été utilisées en tant que matériaux enrobants pour la microencapsulation de la matière active hydrophobe (α-tocophérol) ou hydrophile (acide ascorbique) par le procédé d’atomisation. Les protéines de soja sont largement utilisées dans les applications alimentaires et non-alimentaires, notamment en microencapsulation. Elles sont donc étudiées dans ce travail comme matériau enrobant de référence. Les protéines de tournesol n’ont quant à elles pas d’application industrielle concrète, si ce n’est sous la forme de tourteaux dans l’alimentation animale. C’est pourquoi il nous semble pertinent de trouver des nouvelles voies de valorisation pour ce coproduit d’origine agricole. Plusieurs modifications des protéines, telles que l’hydrolyse enzymatique, l’acylation, la réticulation enzymatique et la cationisation ont été étudiées dans le but d’améliorer les propriétés encapsulantes du matériau enrobant. Dans le contexte de la chimie verte, toutes les modifications ont été effectuées sans utilisation de solvants organiques ni de catalyseurs chimiques. L’influence des modifications chimiques et enzymatiques des protéines, et des paramètres du procédé (pression d’homogénéisation, ratio matériau enrobant/matière active et concentration en protéines) sur les différentes caractéristiques des préparations liquides et des microparticules (viscosité, taille des gouttelettes dans le cas des émulsions, morphologie et taille des microparticules), ainsi que sur les paramètres liés au procédé d’atomisation (rendement et efficacité de microencapsulation) a été particulièrement étudiée au cours de ce travail. Les résultats obtenus confirment que l’extrait protéique de tournesol est tout à fait pertinent comme matériau enrobant et permet d’obtenir des efficacités de microencapsulation significativement plus élevées par rapport à celles obtenues avec l’extrait protéique de soja. / Proteins extracted from vegetables are relatively low-cost, non-toxic, biocompatible and biodegradable raw materials. They represent a good alternative to animal-based proteins and petroleum-extracted polymers. In this study, proteins derived from soybean and sunflower seeds were used as wall materials for microencapsulation of hydrophobic (-tocopherol) or hydrophilic (ascorbic acid) active material by spray-drying technique. Soybean proteins are widely used in food and non-food applications, especially in microencapsulation. They were studied in this work as wall material of reference. Sunflower proteins are not actually used in industrial application, but only in the form of oil-cake for animal feeding. That’s why new ways of valorization of this agricultural by-product should be investigated. Several proteins’ modifications such as enzymatic hydrolysis, acylation, cross-linking and cationization were studied in order to improve encapsulating properties of wall material. In the context of green chemistry, all the modifications and preparations were performed without use of organic solvents and chemical catalysts. The effect of protein chemical and enzymatic modifications, and process parameters (homogenization pressure, wall/core ratio and protein concentration) on different characteristics of liquid preparations and microparticles (viscosity, emulsion droplet size, microparticle size and morphology) and on parameters related to the spray-drying process (yield and efficiency of microencapsulation) was particularly investigated in this study. The obtained results confirmed that sunflower proteins are quite suitable as encapsulating agent and provide the microencapsulation efficiencies significantly higher compared to those obtained with soy proteins.

L’objectif de cette étude est de valoriser des coproduits végétaux tout en proposant une alternative biosourcée, économique et performante aux tensioactifs classiques. Des émulsions de type huile-dans-eau sont fabriquées à partir de poudres végétales finement broyées comme seul matériel tensioactif. Les systèmes dispersés qui en résultent, stabilisés par des particules solides, sont des émulsions dites de Pickering. La première partie de ce manuscrit décrit l’influence du procédé d’émulsification (rotorstator en régime turbulent, ultrasons et homogénéisation haute pression) et des paramètres de formulation sur les propriétés d’émulsions stabilisées par de la poudre de cacao. Le rôle des différentes fractions de la poudre est déterminé et le phénomène de coalescence limitée propre aux émulsions de Pickering est étudié. Nous mettons en évidence une évolution structurale des particules (« dépliement ») sous l’effet du cisaillement appliqué lors de l’émulsification, permettant d’augmenter leur performance en tant qu’agents stabilisants. L’influence de la nature végétale est explorée en élargissant l’étude à des poudres de compositions différentes issues de tourteaux de colza et de lupin. La stabilité de ces émulsions face à l’élimination de la phase continue est ensuite évaluée au regard de la technique de séchage, par lyophilisation et atomisation. Des émulsions sèches riches en huile et redispersables dans l’eau sont ainsi obtenues. Enfin, le pouvoir antioxydant des poudres végétales avant et après séchage des émulsions est caractérisé. / This study aimed at valorizing vegetal byproducts while offering a bio-sourced, cheap and efficient alternative to conventional surfactants. Oil-in-water emulsions were obtained from finely ground plant powders as the only surfactant material. The resulting dispersed systems, stabilized by solid particles, are so-called Pickering emulsions. The first part of this manuscript describes the influence of the emulsification process (rotor-stator in turbulent regime, sonication and high-pressure homogenization) and of the formulation parameters on the properties of emulsions stabilized by cocoa powder. The role of the different fractions of the powder was determined and a phenomenon characteristic of Pickering emulsions, namely limited coalescence, was identified. We evidenced a structural evolution of the particles ("unwrapping") under the effect of the shear applied during the emulsification process, allowing to increase their performance as stabilizing agents. The influence of the vegetal origin was explored by extending the study to powders deriving from rapeseed and lupin oilcakes. The stability of these emulsions with respect to the elimination of the continuous phase was evaluated using 2 drying techniques, freeze-drying and spray-drying. Dry emulsions rich in oil and redispersable in water were obtained. Finally, the antioxidant properties of vegetable powders before and after the drying process were characterized.