Les suspensions colloïdales se trouvent un peu partout autour de nous, dans les matériauxde constructions, en cosmétique, dans l'alimentation, en biologie. Elles sont composésde particules nanométriques ou micrométriques dispersés dans un gaz, un liquide ou unsolide.Cette thèse porte sur les suspensions colloïdales dans des solutions ioniques,où les colloïdes portent une charge électriques, par exemple des particules de silicedans une solution aqueuse de chlorure de sodium, à un pH basique. Les colloïdes,ici approximés par des sphères, peuvent varier significativement en taille,ce qui peut avoir un effet important sur le comportement de ces systèmes.Cette étude vise à améliorer la compréhension de ces suspensions colloïdales chargéespar des modèles théoriques résolus par des simulations numériques.Un des défis de ces simulations est le grand nombre de degrés de libertés. Pour chaque(micro-)ion il y a des centaines de molécules de solvant, et pour chaque colloïdedes centaines voire des milliers d'ions. Pour s'en sortir, nous avons calculéles interactions effectives à l'échelle colloïdale. Nous avons repris et développéplusieurs approches, présentant chacune un compromis en terme de temps de calcul etprécision.La variation en taille des colloïdes peut introduire des effets intéressants,observés expérimentalement, notamment le fractionnement des suspensions en plusieursphases cristallines quand on augmente la concentration en colloïdes.Des techniques de simulations Monte-Carlo simples associées aux interactions inter-colloïdescalculées précédemment ont permis d'obtenir des résultats en bon accord avec l'expérience. / Colloidal suspensions are found a bit everywhere around us, in construction materials,in cosmetics, in food, in biology. They are composed of nanometric or micrometric particlesdispersed in a gas, a liquid or sometimes a solid.This thesis is about colloidal suspensions in ionic solutions, where colloids bear anelectric charge, for example silica particles in an aqueous solution of sodium chloride,at a basic pH. The colloids, here approximated by spheres, can vary significantly in size,which can have an important effect on the behavior of these systems.This study aims at improving the understanding of these charged colloidal suspensionsby theoretical models solved by numerical simulations.of these charged colloidal suspensionsby theoretical models solved by numerical simulations.One of the challenge of theses simulations is the huge number of degrees of freedom.For each (micro-)ion there is hundreds of solvent molecules, and for each colloidthere is hundreds if not thousands of ions. To get away with it, we calculated theeffective interactions at the colloidal scale. We took and developed several approaches,each showing a trade-off in terms of computational time and accuracy.The size variation of colloids may introduce interesting effects, experimentallyobserved, notably the fractionation of suspensions in several crystalline phaseswhen the colloidal concentration is increased. Some simple Monte-Carlo simulationtechniques in combination with the inter-colloid interactions computed previouslyallowed us to obtain results in good agreement with experiments.

L'enjeu principal de cette thèse est de comprendre et prédire les propriétés structurales et rhéologiques de suspensions colloïdales en tenant compte d'éléments complexes tels que (1) les interactions hydrodynamiques (IHs) et/ou (2) des forces extérieures. Nous employons dans cette thèse deux des techniques numériques les plus rapides de la littérature: la dynamique brownienne standard (BD), pour les systèmes où les IHs peuvent être ignorées; et la technique hybride "stochastic rotation dynamics - molecular dynamics" (SRD-MD), pour les systèmes où les IHs doivent être incorporées.Trois systèmes colloïdaux différents ont été étudiés. Le premier est un système de sphères dures soumis à un cisaillement, où le but a été de vérifier que l'introduction des IHs dans la SRD-MD peut correctement reproduire la relation entre la viscosité et la fraction volumique. Les résultats de viscosité sont en accord avec les résultats connus, qu'ils soient analytiques, numériques et expérimentaux. Le second système consiste en une suspension d'alumine, pour laquelle les interactions sont décrites par la théorie DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek). Les simulations montrent que le seuil de percolation (phi_c) diminue lorsque la profondeur du puits de potentiel augmente. De plus, nous observons que la prise en compte des IHs tend à former des structures plus allongées également, par rapport aux structures obtenues sans les IHs. Les valeurs de phi_c obtenues dans les simulations sont en bon accord avec celles estimées par le modèle de la contrainte seuil (YODEL) établi par Flatt et Bowen. Le troisième système comporte deux types de colloïdes qui interagissent par un potentiel de Yukawa. Ce système binaire est soumis à l'influence d'un mur attractif. Nous montrons que la présence d'un mur attractif peut altérer la structure cristalline des agrégats à la surface telle qu'une structure de type CsCl qui se forme au lieu de la structure métastable de type NaCl. Finalement, nous avons réalisé une étude préliminaire par SRD-MD de suspensions soumises à un cisaillement oscillant. Nous montrons que lorsque la suspension est soumise au cisaillement oscillant en même temps que l'agrégation se produit, des structures plus compactes se forment. / The main objective of this thesis is to predict and understand the structural and rheological properties of colloidal suspensions when (1) hydrodynamic interactions (HIs) and/or (2) external forces are present. We employ two of the fastest techniques in literature: Brownian dynamics (BD), for systems without HIs; and the hybrid "stochastic rotation dynamics - molecular dynamics" (SRD-MD) for systems with HIs. Three different systems were studied. The first is a system of hard spheres subjected to shear, where the goal was to ensure that SRD-MD can correctly reproduce the viscosity vs. volume fraction relationship. The results are consistent with known analytical, numerical and experimental data. The second system is an alumina suspension described by the DLVO theory (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek). The simulations show that the percolation threshold (phi_c) decreases as the depth of the potential well increases. Moreover, we note that HIs tend to form more elongated structures compared to the systems without HIs. The phi_c values ​​obtained are in good agreement with those estimated by Flatt and Bowen's yield stress model (YODEL). The third system consists of binary colloids that interact by Yukawa potential and subjected to the influence of an attractive wall. We show that the presence of an attractive wall may alter the crystalline structures such that CsCl crystals are formed instead of the metastable NaCl crystals. Finally, we conducted a preliminary study of suspensions under an oscillating shear. We show that when the aggregation process suspension coincides with the oscillatory motion, more compact structures are formed.

Les micelles de caséines, composées de caséines, minéraux et eau, sont en équilibres dynamiques, elles échangent en permanence de leur matière avec leur environnement. Les micelles de caséines possèdent d’intéressantes fonctionnalités pour la fabrication de produits laitiers, telles que leur capacité à stabiliser des émulsions et à former des gels sous l’action de la présure. Des changements environnementaux, variations de pH, additions de sels ou d’agents chélatants, affectent les équilibres des micelles et induisent des modifications de leurs compositions et propriétés colloïdales. Ces changements modifient également leurs propriétés fonctionnelles, bien que cet aspect soit peu décri. Le but de ce projet était de comprendre les relations liant l’environnement, l’équilibre minéral, les propriétés colloïdales et fonctionnelles des micelles de caséines. L’impact de cinq facteurs (pH, Na3Cit, NaCl, CaCl2, MgCl2) modifiant les micelles fut étudié en focalisant sur leurs propriétés émulsifL’acidification et l’addition de Na3Cit ont causé les modifications minérales les plus importantes en solubilisant le phosphate de calcium micellaire. Le premier conduisit au « gonflement » des micelles alors que l’agent chélatant causa leur dissociation en petits agrégats. L’ajout de NaCl n’eut aucun impact sur le contenu minéral des micelles mais provoqua aussi la libération d’agrégats, révélée par cryo microscopie électronique et diffusion de rayons-X aux petits angles. Le rôle du phosphate de calcium sur les fonctionnalités fut confirmé et l’étude révéla l’importance de contrôler la libé / Caseins micelles, composed of caseins, minerals and water, are under dynamic equilibria, they constantly exchange materials with their surrounding environments. In addition, casein micelles possess valuable functionalities in regards to the formation of dairy products, such as the ability to stabilize emulsions or to form rennet gels. Environmental changes, such as variations in pH, additions of salts or chelating agents, affect the casein micelles equilibria and lead to modifications in their compositional and colloidal properties. Such changes also modify their functional properties, although this aspect is poorly described in the literature. This project aimed to understand the relationships that link the environmental modifications, the mineral balance, the colloidal and functional properties of the casein micelles. The impact of five modifying factors (pH, Na3Cit, NaCl, CaCl2, MgCl2) of the casein micelles were studied and the focus was placed on emulsion and rennet coagulation fuThe former only induce the swelling of casein micelles while the latter led to their disruption into smaller aggregates. NaCl had no impact on the micellar mineral content but also caused the release of small aggregates, as revealed by electronic microscopy and small angle X-ray scattering analyses. The decisive role of micellar calcium phosphate on the functionalities was confirmed and this study highlighted the importance of monitoring the release of small aggregates, as they strongly affected emulsions stability and gels firmness. CaCl2 and MgCl2 additions slightly increased the mineral c