Le travail présenté porte sur l’étude de la réactivité des scories de la métallurgie du cuivre et leur utilisation comme additions minérales actives en remplacement partiel au ciment. <p>Les scories étudiées appartiennent soit au système CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (Scorie A épuisée en métaux « lourds »), soit au système CaO-FeO-SiO2 (Scories B, C, D et E) avec des teneurs en MgO, Al2O3 et ZnO appréciables ainsi que des proportions en métaux « lourds », autres que le Zn, non négligeables (Cu, Co et Pb). A l’exception de la scorie A, toutes les scories étudiées peuvent être classées comme « déchets dangereux » pour l’homme et pour l’environnement, car elles sont riches en métaux « lourds ». <p>La R.D.Congo regorge des quantités énormes de ces scories qui occupent des grands espaces avec tous les risques de pollution qu’elles présentent. En général, pour gérer ces types des matériaux, plusieurs techniques peuvent être utilisées. Dans ce travail, nous nous sommes proposés d’utiliser ces scories comme additions minérales actives au ciment afin de stabiliser leurs métaux « lourds », de les éliminer de la nature et de leur donner une valeur économique. Une telle étude n’a jamais été réalisée en R.D. Congo. De ce fait, trois axes d’études expérimentales ont été mis en œuvre :<p><p>- une étude théorique de la réactivité des scories fondée sur leurs caractéristiques chimiques et structurales.<p><p>- une étude de la réactivité intrinsèque des scories réalisée dans différents systèmes (NaOH, Ca(OH)2 et ciment), à partir de leurs verres. La méthode qui a été utilisée consiste à suivre la disparition des exothermes de cristallisation des verres de scories, lors de l’hydratation, par analyse thermique différentielle (ATD). A l’issu de cette étude, nous avons trouvé que toutes les scories ont un potentiel hydraulique qui dépend de la nature et de la proportion en verres qui les composent ainsi que des types d’activateurs utilisés. Les verres les plus réactifs sont ceux qui contiennent une grande quantité en éléments structuraux basiques (Si2O76-, Si2O88-, etc.) et en cations modificateurs de réseaux (Ca2+, Mg2+, Al3+ et Zn2+). <p>Le ciment, utilisé comme activateur, constitue un des meilleurs composés qui permet une hydratation facile et rapide des différents types de verres à 25°C. Lors de cette hydratation, il s’établit des interactions entre les verres des scories et les phases anhydres et/ou hydratées du ciment qui affectent directement l’évolution de l’hydratation des phases du clinker ainsi que les propriétés mécaniques des pâtes durcies des mélanges « scories-ciments ». <p>Les produits issus de l’hydratation des scories et/ou du ciment (C-S-H) sont les phases qui permettent de « stabiliser» les métaux « lourds » par insertion dans leur structure. <p>Toutes les scories étudiées peuvent être valorisées comme ajouts au ciment. Cependant, cette valorisation sera plus rentable si la scorie est épuisée en éléments recherchés en métallurgie tels que le Cu, le Co, le Ge et le Zn, comme c’est le cas des scories A et E. <p> <p>- une étude des ciments à base des scories A et E a porté sur leur cinétique d’hydratation afin de corréler leurs processus d’hydratation à l’évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques de leurs pâtes durcies. Les temps de prise de ces ciments ont aussi été déterminés. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans l' optique de pouvoir prédire l 'occurrence de fissuration à chaud lors de la solidification d'un alliage d'aluminium, une nouvelle méthode de mesure des propriétés mécaniques à l'état semi-solide est développée. La technique de caractérisation utilise un analyseur mécanique dynamique (DMA) en mode de traction pour mesurer avec une grande précision le comportement mécanique d'un alliage d'aluminium cuivre (5 , 78%-pds. Cu). Les objectifs de ce tràvail sont de prouver la validité de la méthode de mesure proposée, d' observer l' effet du test mécanique sur la microstructure et d' utiliser les mesures pour calibrer un modèle constitutif. L' alliage utilisé a été coulé au laboratoire avec une 'plaque de refroidissement pour garantir une solidification dirigée. Les échantillons rectangulaires ont été coupés perpendiculairement à l'axe de croissance des colonnes. La validité du test a été démontrée par une série de tests répétés. Ces tests ont été faits pour trois niveaux de contrainte (0,25 , 0,5 et 1 MPa) et deux niveaux de température (831 et 841 K). lis montrent que la méthode donne des résultats reproductibles dans la mesure où les échantillons sont assez semblables au niveau de la microstructure. Une série de tests supplémentaires a été faite sur des échantillons à structure affinée et à grains équiaxes. Ces résultats ont montré une très bonne reproductibilité. Les mesures ont ensuite été utilisées pour calibrer un modèle constitutif du comportement mécanique à l'état semi-solide basé sur le modèle de Larouche et al. [14]. Le modèle constitutif utilisé considère une distribution de fraction liquide locale (gs) dans l'échantillon, ce qui permet de calculer le taux de déformation de chaque sousdomaine de gs et d'en faire la moyenne pour trouver le taux de déformation global. Le comportement mécanique prédit par ce modèle dépend de la contrainte et de la fraction liquide, mais aussi de la déformation de l'échantillon. Ce modèle a permis de représenter adéquatement les résultats obtenus. L'observation de la microstructure de certains échantillons avant et après le test a permis de mettre en évidence la localisation de la déformation et la formation de liens solides entre les grains. La formation de ces structures explique la consolidation observée lors des tests mécaniques. La méthode présentée dans ce travail ouvre de nouvelles portes pour les tests quantitatifs de caractérisation du comportement mécanique à l'état semisolide.

Le présent travail a pour but d'évaluer les potentialités électrocatalytiques du cuivre sous différentes formes pour les réactions de réduction du dioxyde de carbone et de réduction de l'ion nitrate.<p><p>Dans la première partie du travail, nous avons comparé, à l’aide de la voltampérométrie, d’électrolyses à potentiel contrôlé et d’analyses chromatographiques, l'activité d'électrodes polycristalline et monocristallines de Cu et d'alliages AuxCuy de différentes orientations cristallines pour l'électroréduction de CO2.<p>Nous avons pu établir une étroite corrélation entre l'activité de l'électrode de Cu et l'arrangement atomique de sa surface. L'activité et la sélectivité pour CH4 de Cu décroissent selon la séquence :Cu (111) > Cu (100) > Cu (poly). La réduction du CO2 et la formation de CH4 sont favorisées sur les surfaces lisses et denses à l'échelle atomique.<p>La sélectivité des alliages AuxCuy est considérablement orientée vers CO quand la fraction superficielle de Au augmente. L'alliage de composition 50-50 conduit à la formation exclusive de CO.<p><p>La seconde partie de la thèse est consacrée à l'étude de l'activité d'électrodes massives de Cu polycristallin et monocristallin d’orientation (111) et de dispersions de Cu pour la réduction électrochimique de NO3-. <p>Nous avons mis en évidence l'importance des conditions de pH pour le déroulement des processus à l'électrode de cuivre. En milieu acide, NO3- est directement réduit en NH4+ alors qu’en milieu neutre, les réactions de réduction de NO3- en NO2- et de NO2- en NH4+ s’observent successivement en fonction du potentiel.<p>L'activité des dispersions de Cu dans un film de polyaniline dépend fortement des conditions de dépôt. Le cuivre incorporé au film sous sa forme réduite est plus actif que le cuivre incorporé au film initialement oxydé. Par ailleurs, nous avons montré que la concentration de H+ dans le polymère est limitée. En conséquence, le processus de réduction de NO3- sur le cuivre dispersé dans un film de polyaniline est modifié en milieu acide.<p>L’utilisation d’un film de poly-3,4-éthylènedioxythiophène déposé sur une surface de Pt s'est quant à elle révélée inadéquate comme support pour l'incorporation de Cu dans le cadre de l'étude de la réduction de NO3- en milieu acide.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le devenir des métaux dans les sols agricoles est d'un intérêt majeur si l'on veut maîtriser les risques pour l'environnement et pour les hommes. Un paramètre clé dans la prévision du devenir des métaux est la connaissance de leur spéciation (i.e. leur forme chimique et leur répartition entre les différentes phases réactives du sol). Cependant, cette spéciation est difficile à établir dans les milieux complexes comme le sol. Des modèles ont été développés pour prévoir cette spéciation. Dans ces modèles, la réactivité des Matières Organiques du Sol (MOS) est assimilée à celle de molécules modèles telles que les Substances Humiques (SH). Or les substances humiques ne sont pas représentatives de la diversité des fractions organiques dans les sols identifiées comme porteuses de métaux. De ce fait, pour prévoir à long terme le devenir des métaux dans les sols, il est nécessaire d'améliorer la prise en compte des MOS dans les modèles et d'y intégrer des fractions organiques autres que les SH. Pour atteindre cet objectif, on a étudié la réactivité avec le cuivre de quatre fractions des MOS susceptibles d'interagir avec les métaux dans les sols : les bactéries, les Matières Organiques Particulaires (MOP), la matière organique liée à la matrice minérale et les Matières Organiques Dissoutes (MOD). Ces différentes fractions organiques ont été isolées à l'aide d'extractions physiques ou chimiques pour trois échantillons de sol qui diffèrent par leur statut organique suite à des amendements organiques effectués pendant une quinzaine d'années, et leur réactivité a été étudiée par potentiométrie. La modélisation des données obtenues a permis de hiérarchiser et de quantifier la réactivité de ces différentes fractions des MOS, et d'introduire ces données de réactivité dans le programme de prévision de spéciation ECOSAT. Trois scénarios de prise en compte des MOS ont été utilisés pour prévoir la spéciation du cuivre : 1) réactivité des MOS décrite avec la base de donnée générique interne au programme ECOSAT 2) réactivité des MOS décrite en contraignant les teneurs en sites réactifs par la CEC du sol 3) réactivité des MOS décrite par la somme des réactivités des différentes fractions étudiées. Ces différents scénarios ont été testés et validés à l'aide de données expérimentales (fractionnements granulo-densimétriques, extractions séquentielles, cuivre dissous) sur les mêmes échantillons de sol avant ou après un ajout de cuivre.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du contrat d’objectifs AQUAL dont le but est la lutte contre les pollutions diffuses en milieu rural. Ils portent sur la compréhension des mécanismes de rétention du cuivre dans les sols viticoles. Afin de s’affranchir de la complexité des sols, sept constituants ont été sélectionnés (quartz,calcite, kaolinite, matière organique, goethite, ferrihydrite et birnessite). Le comportement du cuivre a été étudié sur les constituants seuls puis dans des mélanges de complexité croissante, afin d’évaluer l’implication de chacun d’entre eux, en fonction du pH et de la concentration en cuivre. L’influence du vieillissement et de la concentration sur la répartition géochimique du cuivre a ensuite été évaluée dans des sols synthétiques et naturels contaminés. L’ensemble des résultats a été obtenu grâce à la combinaison de plusieurs techniques permettant d’obtenir des informations complémentaires aux échelles macroscopique, microscopique (STEM-EDX et μ-XRF) et moléculaire (XANES).Les résultats montrent d’une part, que les principaux constituants responsables de la rétention du cuivre sont la matière organique et les oxydes de fer et de manganèse et d’autre part, que l’existence d’interactions organo-minérales influe significativement sur la rétention du cuivre. Lacombinaison d’expériences de sorption et d’extractions séquentielles a permis de mettre en évidence que les processus de rétention du cuivre se produisant dans le sol naturel peuvent être mimés dans un sol synthétique, ce dernier pouvant ainsi être utilisé comme modèle. / This work is a part of the AQUAL research program which aims to strive against diffuse pollution in rural environment. It deals with the understanding of copper retention mechanisms in vineyard soils.To overcome the soil complexity, seven constituents were selected (quartz, calcite, kaolinite,organic matter, goethite, ferrihydrite and birnessite). The copper behavior was firstly studied on the single constituents, then on increasing complexity constituents mixtures in order to assess their implication as a function of pH and copper concentration. The influence of aging time and copper concentration was evaluated on the copper geochemical partitioning in synthetic and natural soils.Conclusion could be drawn by combination of several techniques providing complementary information at macroscopic, microscopic (STEM-EDX, μ-XRF) and molecular (XANES) scales.The results showed on the one hand, that organic matter and iron and manganese oxides are the main constituents involved in copper retention and on the other hand, that the presence of organo-mineral interactions also significantly influences the copper retention. Sorption experiments combined with sequential extractions emphasized that copper retention processes occurring in a natural soil can be mimicked in a synthetic soil which could then be used as a model.

Les conditions thermodynamiques et cinétiques dans les moteurs cryogéniques sont sévères, en particulier pour la mince paroi interne de la chambre de combustion. Bien que peu résistant mécaniquement, un alliage de cuivre est utilisé pour maximiser les transferts thermiques à travers cette paroi et ainsi améliorer l’efficacité du moteur. Cependant, les fluctuations de concentration et de pression des propergols (tels que l’oxygène ou l’hydrogène liquide) à la surface de la paroi favorisent l’endommagement de l’alliage, en particulier si la paroi n’est pas en permanence couverte d’une pellicule d’hydrogène (barrière contre l’oxydation). Ce phénomène est connu sous le nom de « blanching », qui est la succession de courts cycles d’oxydation et de réduction dues à l’exposition de la paroi de la chambre de combustion aux atmosphères oxydants et réducteurs. Le blanching mène à la diminution de l’épaisseur de la paroi de la chambre, pouvant même conduire à la rupture de la paroi.Les alliages de cuivre peuvent, en fonction de leur composition, apporter une protection à l’oxydation et à la réduction. Comme le cuivre est indispensable grâce à sa conductivité thermique élevée, des éléments d’addition sont souvent ajoutés à l’alliage pour augmenter ses résistances mécaniques et chimiques. Cette étude met en avant les différences de comportement aux cycles d’oxydoréduction de trois matériaux (Cuivre OFHC, et deux alliages Cuivre-Chrome) à des hautes températures. Elle permet de cibler l’endommagement thermochimique qui se produit dans les « vraies » chambres de combustion.Les essais réalisés consistent en l’oxydation et la réduction d’échantillons pendant 40 cycles successifs dans des atmosphères contrôlées à 600, 750 ou 900°C. L’oxydation est obtenue par l’air artificiel (O2+N2) et la réduction est obtenue par l’introduction de monoxyde de carbone. Les différences obtenues entre les échantillons des différents essais peuvent être due à la croissance d’oxydes secondaires, qui ne sont pas réduits pendant la phase de réduction, alors que le cuivre et ses oxydes simples le sont. Les couches d’oxydes doivent être identifies, car leur exploitation pourrait renseigner sur le comportement à l’oxydoréduction des matériaux pendant le blanching. Les analyses RAMAN et MEB confirment bien la présence d’oxydes secondaires sous la couche principale d’oxyde de cuivre, montrant que ce type d’endommagement est probablement lié à la composition des matériaux et de leur comportement à haute température. / Conditions in combustion chambers of liquid rocket engines are severe, especially for the inner liner of the chamber wall. The copper alloys used in the thin inner liner of the chamber wall ensure an efficient cooling. However, concentration fluctuations of the propellants such as H2 and O2 on the surface of the inner liner of the chamber wall can lead to a damage of the alloys, especially if the wall is not permanently protected by H2. This phenomenon is known as Blanching, which is a quick redox cyclic, leading to a physical-chemical reduction of the width of the wall, even up to fracture. Copper alloys can - depending on their composition - provide a protection to oxidation and reduction. As copper is mandatory because of its high thermal conductivity, some addition elements are usually used in order to optimize the mechanical and chemical resistance of the alloy. This study shows the differences of the behavior between three copper alloys (OFHC copper and two Copper-Chromium alloys) under oxidation-reduction cycles at 750°C. The experimental investigations aim at assessing blanching in the range of real liquid rocket engines combustion chambers conditions.The performed tests consisted in oxidizing and reducing of samples 40 cycles under controlled atmospheres at 600°C, 750°C or 900°C. Oxidation is obtained by industrial quality air (O2+N2), and reduction by CO as low safety risk replacements for the O2+H2 atmosphere in the engine. The differences between the different conditions may be caused by the growth of secondary copper oxides, which are not reduced during the reduction phases.Oxide layers have to be identified, as their exploitation may lead to a principal understanding of the behavior of the chamber wall material during blanching, and may help to determine oxidation and reduction law parameters. RAMAN and SEM analyses confirm the presence of secondary copper oxide layers below the reduced copper on the surface of the sample.