Les liquides complexes sont des matériaux très prometteurs pour réaliser la conversion bon marché et à grande échelle d’énergie thermique en énergie électrique, dans un contexte de réchauffement climatique et de maîtrise de la consommation d’énergie. Nous montrons qu’en présence d’un couple redox, les cellules thermogalvaniques à base de liquides ioniques (NEA et EMIMTFSI) présentent des propriétés remarquables tels des coefficients Seebeck de plus de 5 mV/K (Eu³⁺/Eu²⁺ dans l’EMIMTFSI). De même, ces travaux présentent l’utilisation de ferrofluides, solutions colloïdales (aqueuses ou à base de solvants organiques) de nanoparticules magnétiques (maghémite), pour accroître le coefficient Seebeck et le courant extractible de générateurs thermoélectriques liquides. Les phénomènes réversibles d’adsorption des nanoparticules sur la surface des électrodes jouent également un rôle important sur les propriétés thermoélectriques de ces solutions, et sont modifiés par l’application de champs magnétiques homogènes parallèles ou perpendiculaires au gradient de température.En l’absence d’un couple redox, les liquides ioniques peuvent être utilisés pour fabriquer des supercondensateurs à charge thermique. Ces derniers exploitent les modifications avec la température des double couches électriques aux interfaces liquide/électrode. Nous avons étudié ici ces modifications de double couches dans l’EMIMBF4 par simulations numériques de Monte-Carlo. Les résultats démontrent un accroissement conséquent des propriétés thermoélectriques lors de la dilution du liquide ionique dans un solvant organique, l’acétonitrile, en accord qualitatif avec les résultats expérimentaux. / Complex liquids are promising material for low cost and wide scale conversion of thermal energy to electric energy, within a context of global warming and control of the energy consumption.In this work we showed that with a redox couple, ionic liquid (EAN and EMIMTFSI) based thermogalvanic cells present remarkable thermoelectric properties such as the Seebeck coefficient over 5 mV/K (Eu³⁺/Eu²⁺ in EMIMTFSI). Moreover, we demonstrated for the first time that ferrofluids, colloidal solutions (aqueous or organic solvent based) of magnetic nanoparticles (maghemite), can be used to increase both the Seebeck coefficient and the electric current in liquid thermoelectric generators through unknown physical processes. The importance of reversible adsorption phenomena of the nanoparticles on the electrodes’ surface for the thermoelectric properties of these solutions was revealed. That can be further modified by a homogeneous magnetic field applied perpendicular or parallel to the temperature gradient. Without a redox couple, ionic liquids can be used to build thermally chargeable supercapacitors. They take advantage of temperature dependent electrical double-layer formation at liquid/electrode interfaces. Here, we studied these double-layer modifications in EMIMBF4/platinum through Monte-Carlo simulations. The results show substantial modifications in the thermoelectric properties when the ionic liquid is diluted in an organic solvent, acetonitrile. These results are qualitatively consistent with experimental measurements.

La terre crue est un des matériaux les plus utilisés au monde pour bâtir. Chaque terre est un mélange de grains de différentes tailles (cailloux, graviers, sables, silts et argiles) en proportions variées. Les particules les plus fines, qui constituent le liant du matériau, se différencient des autres grains par leur petite taille, à laquelle est associée des propriétés colloïdales lorsqu’elles sont mélangées à l’eau. L’argile, au sens granulométrique (particules inférieures à deux microns), contient généralement un mélange d’argiles, au sens minéralogique (phyllosilicates hydratés), d’oxydes de fer, d’aluminium et de silicium. Pour comprendre ce matériau de construction, la terre est envisagée dans un premier temps comme une matière en grains. La physique des milieux granulaires secs et la physique des milieux granulaires humides sont explorées afin de décrire les comportements physiques de cette matière. Des techniques de construction innovantes, qui découlent de cette compréhension, sont présentées. Dans un deuxième temps, l’argile est envisagée comme une matière colloïdale. Comme beaucoup de systèmes naturels, le liant argileux est un mélange de particules aux propriétés de surface différentes, contenant à la fois des charges permanentes négatives et des charges variables avec le pH et la force ionique. Ces systèmes mixtes sont dits hétérocoagulés. Des pistes de recherche, qui découlent de cette compréhension, sont présentées. / Raw earth is one of the most used building material in the world. Each earthen material is a mix of different sizes grains (stones, gravels, sands, silts and clays) in various proportions. The finest particles, which constitute the binding material, differ from other grains by their small size, which is associated with colloidal properties when mixed with water. Clay, as defined by size (particles smaller than two microns), usually contains a mixture of clays, as defined by mineralogy (hydrated phyllosilicates), with iron, aluminum and silicium oxides. To understand this building material, earthen material is considered initially as a granular material. Physics of dry granular media and physics of wet granular media are explored in order to describe the physical behavior of this material. Innovative building systems, which come from this understanding, are presented. In a second step, clay is considered as a colloidal material. Like many natural systems, clay binder is a mixture of particles with different surface properties, containing both permanent negative charges and variable charges, depending of pH and ionic strength. These mixed systems are called heterocoagulated systems. Different sujects for further researches, that follow this understanding, are presented.

Ce manuscrit de thèse de doctorat présente les travaux de développement d’un granulomètre optique pour la caractérisation de suspensions de nano et microparticules individuelles ainsi que d’agrégats. La mesure repose sur l’analyse suivant différents angles de la diffusion statique et dynamique de l’échantillon placé dans une cuve spectrophotométrique cylindrique. Il intègre différentes solutions originales telles qu’un éclairage par un faisceau laser de forte ellipticité, une détection sous le plan de diffusion conventionnel et l’utilisation d’une méthode de post-traitement qualifiée de « filtre quasi-statique ». Ces solutions permettent d’éliminer l’essentiel des problèmes liés aux réflexions spéculaires et diffuses de la cuve d’analyse, de même que les variations des dimensions du volume de mesure avec l’angle de diffusion et les cas de désalignement même léger du système goniométrique. Les signaux mesurés sont inversés avec des méthodes d’estimation de paramètres. Pour les particules sphériques, le problème direct est résolu avec la théorie de Lorenz-Mie. Pour les agrégats, il l’est avec un modèle d’agrégat fractal, des approximations par dipôles discrets ou Rayleigh-Gans-Debye. Les performances de cet instrument, de conception volontairement simple et robuste, ont été testées avec succès sur des nano et micro suspensions diluées, monomodales et bimodales, de latex et silice colloïdale, de même que des agrégats de particules aciculaires et sphériques. Il permet de caractériser la taille, la morphologie et la concentration absolue de particules dans la gamme de taille 20nm-2µm. / This PhD thesis manuscript presents the work conducted to develop an optical particle siz-ing instrument for the characterization of individual nano and microparticles, as well as their aggregates, in liquid suspensions. The measurement is based on the multi-angular analysis of the static and dynamic light scattering of a sample into a cylindrical spectrophotometric cell. This instrument integrates various innovative solutions such as an illumination by a high ellipticity laser beam, a detection under the conventional scattering plane and a post-processing method operating as a quasi-static filter. These solutions make it possible to elim-inate most of the problems associated with the specular and diffuse reflections of the analy-sis cell, as well as the harmful variations of the probe volume dimension with the detection angle and in case of a slight misalignment of the system. The signal inversion is performed with parameters estimation methods. For spherical particles, the direct problem is solved with the Lorenz-Mie theory. For aggregates, it is solved with a fractal aggregate model and approximations based on discrete dipoles or Rayleigh-Gans-Debye theories. The perfor-mance of this instrument, of a deliberately simple and robust design, has been successfully tested on dilute nano and micro suspensions of latex and colloidal silica, mono and bimodal, as well as aggregates of acicular and spherical particles. It allows to characterize the size, the morphology and the absolute concentration of particles in the size range 20nm-2μm.

Le procédé de séparation de phase est importante car elle détermine la structure des matériaux finaux. Il existe de nombreux systèmes qui ont plus d'une phase tels que des mousses et des gels. Les mousses sont des dispersions aqueuses de bulles de gaz dans une phase aqueuse et gels apparaissent lorsque certains microscopique unité de base commence à se rassembler formant un grand réseau solide qui enjambe l'espace macroscopique. Ils ont de nombreuses applications dans l'industrie et la vie quotidienne. Dans cette thèse, tout d'abord, je me concentre sur l'étude de différents types de séparation de phase. Deuxièmement, je étudié les effets spécifiques d'ions sur l'agrégation des particules colloïdales et tensioactif, le but est de faire des mousses stables. Dans la lacune de miscibilité il existe deux types de séparation de phase: la croissance nucléation et la décomposition spinodale, ils ont différents mécanismes et de la cinétique de croissance. Par conséquent, mon premier projet est d'étudier le processus d'évolution d'eux et de leurs effets sur la structure finale du matériau. Les gels peuvent être préparés par l'ajout de sel à la dispersion de particules colloïdales, ils ont un grand nombre d'applications telles que dans les aliments et la science des matériaux. Dans cette thèse, nous utilisons différents types de sels de comparer les propriétés de gel à partir de deux aspects macroscopiques et microscopiques. Obtenir des mousses stables est significatif dans la vue de leur beaucoup d'applications, mais les moyens de les faire sont pour la plupart compliqué. Dans cette thèse, nous pouvons obtenir des mousses stables par l'intermédiaire de deux façons. On est tout simplement en ajoutant des sels de solutions de tensioactifs, à travers lequel nous pouvons faire la mousse ultra-stable. Une autre façon est d'utiliser la phase de gel, nous avons étudié en tant que phase continue dans les mousses à arrêter le vieillissement de la mousse. / Phase separation process is important as it determines the structure of the final materials. There are many systems that have more than one phase such as foams and gels. Aqueous foams are dispersions of gas bubbles in a water phase and gels appear when some basic microscopic unit starts to aggregate forming a large solid network that spans macroscopic space. They have many applications in industry and daily life. In the present thesis, firstly, I focus on studying different types of phase separation. Secondly, I studied the ion specific effects on the aggregation of colloidal particles and surfactant, the purpose is to make stable foams. In the miscibility gap there are two types of phase separation: Nucleation growth and spinodal decomposition, they have different growth mechanisms and kinetics. Therefore, my first p project is to investigate the evolution process of them and their effects to the final structure of material. Gels can be made by adding salt to the dispersion of colloidal particles, they have a large number of applications such as in food and material science. In this dissertation, we use different types of salts to compare gel properties from both macroscopic and microscopic aspects. Obtaining stable foams is significant in the view of their plenty of applications, but the ways to make them are mostly complicated. In this thesis, we can obtain stable foams via two ways. One is simply by adding salts to surfactant solutions, through which we can make ultrastable foam. Another way is using the gel phase we have studied as the continuous phase in foams to arrest the foam aging.

Lorsque les polluants sont liés à des particules colloïdales mobiles, le modèle classique qui veut qu'ils soient repartis entre une phase fluide mobile et une phase solide immobile n'est plus applicable. Ceci est en particulier vrai pour les polluants insolubles qui sont considérés immobiles par cette première modélisation. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation qui tienne compte de ce transfert de polluants favorisé par les particules colloïdales. C'est le propos de cette recherche. Le problème posé consistait à modéliser la dispersion et la rétention éventuelle de particules colloïdales dans un milieu poreux. Ce problème est délicat à résoudre avec les méthodes usuelles d'analyse numérique (couplage d'équations aux différentielles partielles). Ceci nous a incite à préférer à cette approche celle du milieu discret équivalent des micromodèles. En conférant aux particules le plus de comportements physiques possible à l'échelle du lien, nous avons tenté de retrouver le comportement macroscopique décrit par ces équations. Nous présentons les modèles et validons la modélisation intégrant les mécanismes physiques au niveau du pore et, grâce a la transformation de Laplace, la diffusion moléculaire.