Dans cette thèse, nous présentons des résultats de simulations de dynamique moléculaire (MD) explicites dans les conditions ambiantes de micelles inverses (MI) d'AOT et de C12E4 en fonction du rapport molaire Wo=[H2O]/[détergent] qui caractérise la dimension des MI et leur contenu en eau. Le rapport des MI était 2 ≤ Wo ≤7. Nous avons étudié les changements de structure et les compressibilités des micelles inverses avec Wo. Lorsque le rapport Wo<7 des MI, l'eau confinée hydrate préférentiellement les têtes des AOT. L'influence de cette hydratation a été examinée avec un alanine peptide en hélice-Α (A8) confiné dans 2 MI de rapport Wo=4.78 et 6.79. Dans la plus petite MI, l'hydratation préférentielle des têtes d'AOT favorise la stabilité de la structure IIaire imposée du peptide et cette conformation est perdue dans la MI plus grande. Enfin, la structure de 2 MI C12E4 avec Wo=3 avec 2 conformations possibles pour les têtes a été étudiée. Les résultats des MD obtenus ont permis de proposer une modèle pour ces MI.

La sécurité des biens et des personnes est, de nos jours, une préoccupation première, en particulier lorsqu'elle concerne l'usage des explosifs. Afin de répondre à ces exigences de sécurité, il est nécessaire de pouvoir prédire le comportement des ondes de pression issues d'une explosion, que ce soit à l'intérieur ou à l'extérieur du bâtiment, et leur interaction avec leur environnement. Une importante quantité d'informations sur les ondes de choc se propageant en champ libre est disponible dans la littérature, de sorte que leur comportement est maintenant bien connu. Toutefois, il y a très peu de données disponibles en littérature ouverte sur les explosions en milieu confiné. Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'inscrivent dans le cadre de l'étude du comportement des ondes de choc en milieu confiné multi-chambres et de l'effet de différents paramètres tels que le volume des cellules ou la largeur du couloir sur les profils de pression à l'intérieur d'un bâtiment. La propagation de l'onde de choc est analysée par l'évolution de certains paramètres du choc (temps d'arrivée, surpression maximale et impulsion positive).Plusieurs essais à échelle réduite ont été réalisés à l'aide d'une maquette modulable, représentative d'un bâtiment pyrotechnique de plein pied, composé de quatre pièces alignées et reliées entre elles par un couloir.

La sécurité des biens et des personnes est, de nos jours, une préoccupation première, en particulier lorsqu'elle concerne l'usage des explosifs. Afin de répondre à ces exigences de sécurité, il est nécessaire de pouvoir prédire le comportement des ondes de pression issues d'une explosion, que ce soit à l'intérieur ou à l'extérieur du bâtiment, et leur interaction avec leur environnement. Une importante quantité d'informations sur les ondes de choc se propageant en champ libre est disponible dans la littérature, de sorte que leur comportement est maintenant bien connu. Toutefois, il y a très peu de données disponibles en littérature ouverte sur les explosions en milieu confiné. Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'inscrivent dans le cadre de l'étude du comportement des ondes de choc en milieu confiné multi-chambres et de l'effet de différents paramètres tels que le volume des cellules ou la largeur du couloir sur les profils de pression à l'intérieur d'un bâtiment. La propagation de l'onde de choc est analysée par l'évolution de certains paramètres du choc (temps d'arrivée, surpression maximale et impulsion positive).Plusieurs essais à échelle réduite ont été réalisés à l'aide d'une maquette modulable, représentative d'un bâtiment pyrotechnique de plein pied, composé de quatre pièces alignées et reliées entre elles par un couloir. / Security is nowadays a real and major concern, especially when explosives are involved. To address this security issue, an accurate prediction of the behavior of shock waves caused by a detonation propagating inside or outside a building and interacting with the surrounding environment is required. Extensive knowledge regarding shock waves in free field can be found in the literature so that their behavior is now well known. However, there is very few information available in the open literature for confined configuration. This study focuses on the behavior of a shock wave within a confined multi-chamber system and on the impact of different parameters such as the size of the rooms and the width of the corridor on the pressure history inside the building. The shock wave propagation is analyzed through the evolution of some of the shock parameters (arrival time, maximum overpressure and positive impulse). Several small-scale experiments have been carried out using an adjustable model of a four-roomed single-story building. The rooms are connected to a single corridor and all on the same side. This model is representative of a pyrotechnic workshop.

Dans cette thèse, les propriétés rhéologiques du sang sont étudiées suivant deux approches differentes. Les propriétés de l'écoulement du plasma sont analysées selon trois modes différents : sous cisaillement, en extension et en constriction. Jusqu'à présent, le plasma était considéré comme un fluide newtonien, et le comportement complexe du sang était simplement attribué à la présence des globules rouges. Les expériences menées ont montré un comportement visco-élastique du plasma, que doit désomais être pris en compte dans les études futures. La deuxième axe traite des globules rouges. Leur assemblage en agrégats rectilignes est à l'origine du comportement rhéofluidifiant, mais les causes de la formation des agrégats restent encore vagues. L'énergie d'interaction entre deux cellules et la distribution des tailles des clusters dans des canaux microfluidiques ont été mesurées en présence de dextran et de fibrinogène. Comme les agrégats sont normalement cassés à des taux de cisaillement élevés, on a cru qu'ils ne jouaient pas de rôle dans l'écoulement du sang. Mais le fait que le nombre de clusters augmente à des concentrations physiologiques de fibrinogène, même pour des taux de cisaillement correspondant à ceux du système microvasculaire, il est clair que l'agrégation ne peut pas être négligée dans la description de l'écoulement du sang en le réseau capillaire. / In this work, the rheological properties of human blood are investigated by two different approaches. The flow properties of plasma, the liquid component of blood, is analyzed under three different conditions: shear flow, elongational flow and contraction flow. Up to now, the plasma was considered as a Newtonian fluid, while the non-Newtonian properties of blood were only attributed to the red blood cells. The performed experiments reveal a viscoelastic behavior of the plasma which has to be considered in future studies. In addition to the plasma, also diluted polymer solutions are analyzed in order to find a good model solution for plasma. The second part concerns the red blood cells. Their adhesion to linear aggregates is held responsible for the well-known shear thinning behavior of blood but the reason for the cluster formation is still not clear. The interaction energy between two red blood cells and the distribution of different sized clusters flowing through narrow channels are measured under the influence of the two macromolecules dextran and fibrinogen. As the aggregates are actually broken at high shear rates, the current understanding is that they would not play a role for the properties of blood flow. However, an increased amount of clusters at physiological fibrinogen concentrations can be shown, even at shear rates which are common in the microvascular system, which clarifies that the aggregation cannot be neglected in the description of blood flow through the capillary network.

Les techniques de renforcement de structures en béton armé (BA) par collage de polymères renforcés de fibres (PRF) trouvent un important champ d'applications dans le renforcement des poteaux en BA. Le chemisage par PRF confine le noyau du poteau et permet d'augmenter sa résistance et sa ductilité. Bien que de nombreux travaux expérimentaux aient été consacrés à l'étude de l'effet de confinement du PRF sur le comportement des poteaux en BA, la réalisation d'une simulation réaliste de la réponse structurelle de tels éléments présente de nombreuses difficultés liées aux modèles de comportement peu appropriés à reproduire précisément la réponse mécanique du béton confiné. Dans cette recherche, un modèle de comportement élasto-plastique endommageable est développé pour reproduire la réponse mécanique du béton sollicité suivant un chemin triaxial de contraintes. Ce modèle prend en compte différents mécanismes de comportement du béton tels que les déformations irréversibles, l'endommagement dû à la microfissuration, la sensibilité au confinement et les caractéristiques de dilatation. Un processus d'identification des paramètres du modèle est proposé sur la base d'essais classiques. La validation de ce modèle est ensuite démontrée en comparant des résultats de simulations à des données expérimentales de la littérature sur des bétons confinés activement puis des bétons confinés par des PRF présentant une large gamme de rigidité. Le modèle proposé est également comparé à différentes modélisations de la littérature. Les capacités du modèle sont illustrées et analysées sur des applications tridimensionnelles de poteaux en BA de taille réelle, non confinés et confinés par PRF. / For the past two decades, externally bonded Fiber Reinforced Polymers (FRP) has gained much popularity for seismic rehabilitation of reinforced concrete (RC) columns. In this technique, FRP wrap installed on the surface of a column acts as lateral confinement and enhance the strength and deformation capacity of the concrete element. Although many experimental works have been devoted to the study of confining effect of FRP on the behavior of RC columns, the numerical simulation of FRP-jacketed RC columns remains a challenging issue due to the lack of appropriate constitutive model for confined concrete. In this study, a damage plastic model is developed to predict the behavior of concrete under triaxial stress states. The proposed model takes into account different material behavior such as irreversible strain, damage due to microcracking, confinement sensitivity and dilation characteristic. A straightforward identification process of all model’s parameters is then presented. The identification process is applied to different normal strength concrete. The validity of the model is then demonstrated through confrontation of experimental data with simulations considering active confined concrete and FRP confined concrete with a wide range of confinement stiffness. The proposed constitutive model is also compared with other models from the literature and the distinguishing features of this new model are discussed. Furthermore, the capacity of the model in the three-dimensional finite element analysis of full-scale RC columns is demonstrate and discussed.

Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’évaluation du risque d’accélération de flamme en situation accidentelle. La méthodologie développée dans le cadre de l’évaluation du risque hydrogène dans l’industrie nucléaire a permis de proposer un critère permettant d’évaluer le risque d’accélération des flammes de prémélange hydrogène/air/diluants, sur la base des propriétés du mélange. L’objectif de cette étude est l’acquisition de données fondamentales relatives aux mélanges gaz naturel/air et gaz de synthèse/air puis l’extension de la méthodologie appliquée aux mélanges hydrogène/air à ces mélanges. Ainsi, trois mélanges gazeux ont été choisis et ont fait l’objet de cette étude. Il s’agit du G27 (82%CH4/18%N2), du G222 (77%CH4/23%H2), et du H2/CO (50%H2/50%CO). Au cours de ce travail les limites d’inflammabilités des mélanges ont été déterminées pour une température initiale de 300 K et une pression de 1 et 2 bars. Les vitesses fondamentales de flamme et les longueurs de Markstein ont été mesurées à différentes températures initiales (300, 330 et 360 K) et à deux pressions initiales (1 et 2 bar) pour chacun des mélanges. Une modélisation cinétique de la vitesse de flamme a été réalisée et a permis l’évaluation de l’énergie d’activation globale sur la base du modèle cinétique présentant le meilleur accord avec l’expérience. La propension des mélanges a s’accélérer fortement en présence d’obstacles a ensuite été caractérisée au cours de l’étude de l’accélération de flamme. Cette étude de l’accélération de flamme a permis de mettre en évidence que différents critères d’accélération s’appliquent selon que la flamme soit stable ou pas. Un critère permettant de prédire l’accélération de flamme a été proposée dans les deux cas. / The context of the current study is the assessment of the occurrence of flame acceleration in accidental situations. The methodology developed for the assessment of hydrogen hazard in the nuclear industry led to the definition of a criterion for the prediction of the acceleration potential of a hydrogen/air/dilutant mixture based on its properties. This study aims to extend this methodology to gaseous mixtures that can be encountered in the classical industry. Therefore, three mixtures were chosen: the first two are representatives of a natural gas/air mixture: G27 (82%CH4/18%N2) and G222 (77%CH4/23%H2). The third one is a H2/CO (50%H2/50%CO) mixture and represents the Syngas. During this work, flammability limits were measured at 300 K and two initial pressures (1 and 2 bar) for each mixture. Fundamental flame speeds and Markstein lengths were also measured at three initial temperatures (300, 330, 360 K) and 2 initial pressures (1 and 2 bar) for each mixtures. A kinetic modeling was performed based on three detailed kinetic models and allowed the calculation of the global activation energy on the basis of the kinetic model which showed the best agreement with the experimental data. The acceleration potential for each mixture in presence of obstacles has then been investigated. It was found that different criteria were to be applied depending on whether the flame is stable or not. A predicting criterion was proposed in both case.

Ce travail de thèse est consacré à l'exploration de la dynamique d'espèces moléculaires confinées dans des réseaux nano-méso poreux. Pour caractériser le mouvement de diffusion, on a utilisé la diffusion quasi-élastique des neutrons. La dynamique rotationelle des espèces confinées a été suivie par RNM du deutérium à l'état solide. Plusieurs systèmes ont été étudiés : (i) la dynamique de l'eau dans des adsorbants sélectifs basés sur du chlorure de calcium déposé dans de la silice., (ii) la dynamique d'alcanes linéaires confinés dans les pores de la zéolithe 5A, (iii), la dynamique du butane dans la zéolithe ZSM-5, (iv) la dynamique des cycles benzéniques dans les réseaux de la MIL-53 et de la MIL-47, (v) la dynamique de l'hydrogène dans les MOFs MIL-53 et MIL-47. Dans tous les cas, la nature et la dynamique en milieu confiné dévie fortement de la dynamique à l'état condensé. / The work is dedicated to the investigation of dynamics of molecular species confined in nano-meso porous media. To investigate the translational diffusion, quasielastic neutron scattering technique was used. To characterize the rotational dynamics and intramolecular dynamics of the confined species, solid state 2H NMR was used. Several systems were studied : (i) dynamics of water in selective water sorbent SWS-1L based on CACL2 salt and porous silica ; (ii) dynamics of linear alkanes confined in zeolite 5A pores ; (iii) dynamics of linear butane in zeolite ZSM-5 ; (iv) dynamics of benzene rings in the metal-organic frameworks MIL-53 and MIL-47 ; (v) dynamics of hydrogen in MILs47 and 53. In all cases, the dynamics and the state of adsorbed species were characterized and it was shown that the dynamics in confinement strongly deviates from the dynamics in the usual bulk state.

L’objectif de cette thèse est d’étudier expérimentalement les deformations de microcapsules dans un écoulement confiné. Les microcapsules sont composées d’albumine du sérum humain avec des concentrations de 5 à 20 [g/100mL]. Leur taille varie de 50 à 1000 [μm]. Les capsules sont injectées dans des écoulements de Poiseuille produits dans des canaux microfluidiques présentant deux sections différentes : circulaire ou carrée.La mesure des caractéristiques géométriques de microcapsules déformées couplée à des simulations numériques mène à la détermination du module de cisaillement surfacique. Cette caractéristique mécanique augmente fortement tant avec la taille qu’avec la concentration en protéine de la capsule, et plus précisément avec le produit de ces deux paramètres.Le fluide est ensemencé avec des microparticules pour mesurer l’écoulement induit par une capsule dans un capillaire cylindrique par la méthode de la vélocimétrie par suivi de particules. Les zones de recirculation et de perturbation sont alors déduites et comparées avec la simulation numérique d’un objet rigide dans un capillaire et présentant le profil donné par les expériences. Finalement un système original de visualisation optique est consacré à l’observation simultanée de la vue de côté et de la vue de face des capsules pour obtenir sa forme entière. Ceux-ci révèlent l’existence des plis tout autour de la membrane des capsules. Le seuil de formation et l’évolution de ces plis sont étudiés en fonction de la vitesse, de la taille et du confinement, dans des canaux de section circulaire ou carrée. / The objective of this thesis is to study experimentally microcapsule deformations in confined flows. The microcapsules are made of cross-linked proteins, the human serum albumin (HSA) with concentrations from 5 to 20 [g/100mL]. Their size vary from 50 to 1000 [μm]. Capsules are injected in Poiseuille flows generated within microfluidics channels with two different cross sections geometries : circular or square.The measurement of geometrical characteristics of deformed microcapsules coupled with numerical simulations leads to the determination of the surface shear modulus. This mechanical characteristic increases strongly with both the size and the protein concentration of the capsule, and more precisely with the product of these two parameters.The flow is seeded with microparticles to measure the induced flow of a capsule in a cylindrical capillary by particle tracking velocimetry. The recirculation and perturbation zones are then deduced and compared with numerical simulation of a rigid body flowing in a capillary. Finally an original system of optical visualization is dedicated to the simultaneous observation of the side and the front view of the capsules to get its whole shape. These reveal radial wrinkles all around capsules membrane. The formation threshold and the evolution of these wrinkles are studied as function of the capsule velocity and size and the confinement within capillaries with circular or square cross–section.

L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension des phénomènes de Corrosion Sous Contrainte (CSC) susceptibles d’être rencontrés sur les fils d’armures des conduites flexibles, faits d’aciers ferrito-perlitiques. Dans l’annulaire des conduites flexibles, l’environnement chimique des aciers est constitué d’une « eau de mer » confinée et saturée en CO2. Celui-ci favorise la formation d’une couche protectrice de sidérite qui semble avoir un effet déterminant sur la vitesse de corrosion de l’acier. Les conditions de service entrainant des fluctuations de l’environnement ou des contraintes appliquées s’ajoutant à des contraintes résiduelles peuvent provoquer la rupture des conditions d’équilibre entre l’acier et son environnement protecteur, et amorcer ainsi la CSC.Les paramètres microstructuraux et mécaniques qui gouvernent l’amorçage et la propagation de fissures par CSC dans les aciers ferrito-perlitiques dans un milieu confiné simulé sont identifiés au moyen d’essais de traction lente menés sous différents potentiels électrochimiques sur des éprouvettes lisses et micro-entaillées. La phase d’amorçage met en jeu des effets de synergie entre la localisation de la plasticité et la dissolution de l’acier. Cependant, des effets de l’hydrogène doivent être pris en compte dans la propagation des fissures. L’hydrogène, au travers d’interactions hydrogène/plasticité, entraine l’avancée des fissures. Il a été également démontré que l’emploi de microstructures particulières peut favoriser ou retarder les effets de l’hydrogène sans pour autant affecter la limite d’élasticité de la même manière. / In confined solutions containing dissolved CO2, ferrito-pearlitic steels can suffer Stress Corrosion Cracking (SCC). We could find such situations in the annulus of flexible pipes. In these conditions, a protective corrosion product, the siderite FeCO3, is formed on the steel surface decreasing the corrosion rate. In service, environment fluctuation (such as pH, potential…) and/or an addition of applied stress can disturb the balance between the steel and this protective film, causing the fracture of the latter and leading to SCC.The objective is to understand the mechanism of SCC in such environments and to identify the parameters controlling the initiation and the propagation of cracks. Slow strain rate tensile tests in confined solution are carried out on smooth and notched specimens to study crack initiation and propagation. Crack initiation is controlled by synergistic effects between localized plasticity and the dissolution processes. However, hydrogen effects must be considered to explain crack propagation. Through hydrogen/plasticity interactions, hydrogen ingress leads to crack propagation. It is also demonstrated that the design and use of specific microstructures may promote or delay hydrogen effects, without affecting the yield strength in the same manner. Finally, the influence of a torsional pre-strain on the susceptibility to Environmentally-Assisted Cracking of a cold-worked ferrito-pearlitic steel is studied.

Les réservoirs de type "tight oil" et "shale gaz" ont une partie importante de leur volume poreux occupée par des micropores (< 2nm) et des mesopores (entre 2 et 50 nm). Ce type d'environnement crée de fortes forces d’interaction dans le fluide confiné avec les parois du pores et entre ses propres molécules, ce qui change fortement la thermodynamique du fluide. Un travail important doit donc être effectué sur le développement de méthodes de mise à l'échelle de la distribution de pore pour effectuer des simulations réservoir à grande échelle. Premièrement, des simulations moléculaires sont effectuées sur des fluides confinés afin d'obtenir des propriétés thermodynamiques de référence à l'équilibre liquide/vapeur pour différentes tailles de pore. Ensuite, une comparaison des données de simulation moléculaire avec les résultats issus des équation d'état utilisées dans la littérature a permis de mettre en valeur la méthode de flash avec pression capillaire et changement du point critique comme la meilleure méthode existante pour décrire la physique du fluide confiné. Des simulations fines d'écoulement matrice/fracture ont donc été effectuées pour différentes tailles de pore. Des modèles de mise à l'échelle en maillage grossier ont été ensuite construits à partir du même cas synthétique et les résultats ont été comparés avec ceux des simulations de référence en maillage fin. Un nouveau modèle de triple porosité considérant fracture, petit pores et grand pores avec une approche MINC a donné des résultats très proches du maillage fin. Finalement un réservoir stimulé hydrauliquement à grande échelle a été simulé pour différentes distributions de pores avec le modèle développé. / Tight oil and shale gas reservoirs have a significant part of their pore volume occupied by micro (below 2nm) and mesopores (between 2 and 50nm). This kind of environment creates strong interaction forces in the confined fluid with pore walls as well as between its own molecules and then changes dramatically the fluid phase behavior. An important work has therefore to be done on developing upscaling methodology of the pore size distribution for large scale reservoir simulations. Firstly, molecular simulations are performed on different confined fluids in order to get reference thermodynamic properties at liquid/vapor equilibrium for different pore sizes. Then, the comparison with commonly used modified equation of state (EOS) in the literature highlighted the model of flash with capillary pressure and critical temperature and pressure shift as the best one to match reference molecular simulation results. Afterwards fine grid matrix/fracture simulations have been built and performed for different pore size distributions. Then, coarse grid upscaling models have then been performed on the same synthetic case and compared to the reference fine grid results. A new triple porosity model considering fracture, small pores and large pores with MINC (Multiple Interacting Continua) approach, has shown very good match with the reference fine grid results. Finally a large scale stimulated reservoir volume with different pore size distribution inside the matrix has been built using the upscaling method developed here.