Cette thèse est consacrée aux écoulements homogènes de bulles, ainsi qu'à leur couplage avec le transport d'un scalaire et la turbulence. Elle s'intéresse plus spécifiquement aux effets de taille finie, des interactions hydrodynamiques et de la microstructure de la suspension qui sont étudiés à l'aide de simulations numériques directes à l'échelle d'une seule bulle. La dynamique d'une suspension laminaire de bulles induite par la seule gravité est d'abord revisitée. L'influence de la fraction volumique sur la vitesse de dérive des bulles est établie analytiquement et numériquement pour une suspension parfaitement ordonnée, puis des ressemblances entre suspensions ordonnées et suspensions désordonnées sont mises en évidence. Ces résultats sont ensuite mis à profit pour la modélisation du transport d'un scalaire passif au sein d'une suspension laminaire, tel que décrit par une diffusivité effective tensorielle, et des différences essentielles entre systèmes ordonnés et systèmes désordonnés concernant le transport de scalaire sont mises en exergue. Enfin, la turbulence est prise en compte dans les simulations et son interaction avec une bulle de taille finie est caractérisée. Il est montré que le comportement dynamique d'une bulle de taille comparable à la microéchelle de Taylor ressemble qualitativement à celui d'une microbulle, avec, notamment, une préférence pour certaines régions caractéristiques de l'écoulement. Une définition de l'écoulement vu par la bulle compatible avec les modèles standards de masse ajoutée et de portance est finalement proposée / This thesis is devoted to the study of homogeneous bubbly flows and their coupling with scalar transport and turbulence. It focuses on the effects of finite size, hydrodynamic interactions, and suspension microstructure, which are investigated using direct numerical simulations at the bubble scale. The dynamics of laminar buoyancy-driven bubbly suspensions is first revisited. More specifically, the effect of volume fraction on the bubble drift velocity is clarified by connecting numerical results to theory for dilute ordered systems, and similarities between perfectly ordered and free disordered suspensions are evidenced. These results are then used for the modeling of passive scalar transport in laminar suspensions as described by an effective diffusivity tensor, and crucial differences between ordered and disordered systems with respect to scalar transport are highlighted. Lastly, turbulence is included in the simulations, and its interaction with a finite-size bubble is characterized. The behavior of a bubble as large as Taylor microscale is shown to share a number of common features with that of a microbubble, most notably, the flow sampled by the bubble is biased. A definition of the liquid flow seen by the bubble, as it enters in usual models for the added mass and the lift forces, is finally proposed

Avec près de 30 millions de morts depuis le début de la pandémie, l’infection par le VIH est un véritable fléau à l’échelle mondiale, surtout en Afrique sub-saharienne. Dans ce contexte, disposer d’une formulation microbicide efficace, facile à administrer par la voie vaginale, représenterait un outil de prévention idéal pour lutter contre cette pandémie. Ainsi, la conception rationnelle de telles formulations représente un enjeu majeur de santé publique.Ce travail décrit la recherche de formulations thermogélifiantes et mucoadhésives à base de pluronics et d’hydroxypropyl méthylcellulose (HPMC). Outre la caractérisation de leurs propriétés rhéologiques et d’adhésion, ainsi que des études en culture cellulaire suggérant une très faible toxicité de contact, ces hydrogels ont montré d’une part, leur capacité à véhiculer efficacement le peptide M48U1 (équipe L. Martin, CEA) destiné à bloquer l’entrée cellulaire du VIH et d’autre part à ralentir considérablement la diffusion de nanoparticules modèles mimant les particules virale matures du VIH-1, en comparaison d’hydrogel d'hydroxy éthylcellulose (HEC) fréquemment utilisés dans divers essais cliniques infructueux et aussi au mucus cervico-vaginal de macaque. L’ensemble des résultats suggère donc la capacité de ces formulations à constituer une double barrière, physique et pharmacologique, protectrice de la muqueuse vaginale vis-à-vis du VIH. / With nearly 30 million deaths since the start of the pandemic, HIV infection is a major problem globally, especially in sub-Saharan Africa. In this context, have an effective microbicide formulation, easily administered by the vaginal route, would be a great prevention tool to fight against this pandemic. Thus, the rational design of such formulations is a major issue of public health.This paper describes research of mucoadhesive and thermogelling formulations based on pluronics and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC). Further characterization of their rheological properties and adhesion, and cell culture studies suggesting a very low contact toxicity, these hydrogels showed on one hand, their ability to effectively convey the peptide M48U1 (L. Martin team, CEA) for blocking the entry of HIV cellular and on the other hand to considerably slow down the diffusion of nanoparticles models mimicking viral particles mature HIV-1, compared to hydroxy ethylcellulose hydrogel (HEC) commonly used in various unsuccessful clinical trials and also in cervico-vaginal mucus of macaque. The overall results therefore suggest the ability of these formulations constitute a double barrier, physical and pharmacological, protective of the vaginal mucosa from the HIV.

L'objectif de nos études est d’appliquer la technique de radiométrie photothermique modulée, technique non intrusive et applicable à distance, pour d’une part, mesurer l'épaisseur et la diffusivité thermique d'une plaque, et d’autre part, caractériser une couche sur un substrat. Un modèle thermique du chauffage 3D a été développé avec prise en compte de l’échange thermique par convection dans le cas d'une plaque, et de la résistance thermique de l'interface dans le cas d'une couche sur un substrat. Une analyse de sensibilité des paramètres sur le déphasage et des études multiparamétriques ont été réalisées à l'aide d'un code de calcul développé sous Matlab. Des formules simples ont ainsi été déterminées pour mesurer l'épaisseur et la diffusivité thermique d'une plaque ainsi que le rapport des effusivités thermiques dans le cas d'une couche sur un substrat. Les formules établies pour les plaques ont été validées expérimentalement sur des plaques d’épaisseur variant de 100μm à 500μm pour différents métaux : inox 304L, nickel, titane, tungstène, molybdène, zinc et fer. L’incertitude de ces déterminations est inférieure à 10% pour l'épaisseur et inférieure à 15% pour la diffusivité thermique. La technique a ensuite été appliquée à des gaines de Zircaloy-4, qui représentent une application très intéressante dans le domaine du nucléaire : les résultats montrent que la présence de la couche d'oxyde, d’épaisseur quelques μm, n'a que très peu d’influence sur les déterminations de l'épaisseur et de la diffusivité thermique du Zircaloy-4. Le comportement du déphasage à hautes fréquences (> 1 kHz) ouvre de plus de nouvelles perspectives, avec la possibilité d’étendre le domaine d’application de la méthode aux couches semi-transparentes et aux couches très minces (inférieures au μm). / Modulated photothermal radiometry, a remote non-intrusive technique, was used to measure the thickness and the thermal diffusivity of a metal plate and to characterize a layer on a substrate. A thermal model of 3D heating was developed with considering the thermal exchange by convection for a plate and the thermal resistance of the interface for a layer on a substrate. The sensibility analysis and the multi-parameter studies on the phase shift were performed by the code developed with the Matlab software. Simple formulas were obtained to determine the thickness and the thermal diffusivity of a plate and the ratio of the thermal effusivities for a layer on a substrate. The obtained formulas were experimentally validated for 100 μm - 500 μm plate thickness of various metals (stainless steel 304L, nickel, titanium, tungsten, molybdenum, zinc and iron). The uncertainty of the measurements was lower than 10 % for thickness and lower than 15 % for thermal diffusivity determination. The same technique was applied in the study on Zircaloy-4 cladding that may be of particular interest for the nuclear industry. It was found that the presence of the oxide layer of some μm thickness had practically no effect on the thickness and the thermal diffusivity measurements of Zircaloy-4 cladding. However, the observed effect of a phase shift on high frequency (> 1kHz) may open new perspectives and widen the field of the method application for semi-transparent layers and for very thin layers (of less than μm thickness).

Les caméras infrarouges modernes permettent d’accéder à la mesure de champs thermiques et de leur évolution temporelle. Le traitement d’images obtenues permet d’analyser la signature thermique d’objets mobiles ou de fluides en écoulement. Dans ce contexte nous avons fait l’étude de trois expériences différentes. La première consiste à suivre des billes mobiles et à évaluer leurs coefficients d’échanges thermiques avec l’environnement par l’estimation de temps caractéristiques. Dans le deuxième cas, nous faisons une comparaison entre deux fluides qui s’écoulent dans un microcanal, afin de déterminer les variations relatives des propriétés thermiques. La dernière application consiste à réaliser une cartographie de diffusivité thermique avec une source de chaleur mobile. / The modern infrared cameras allow the measurement of thermal fields and their temporal evolution. Infrared images processing is suitable to analyze the thermal signature of moving objects or fluid flows. In this context, we made the study of three different experiments. The first one is relative to infrared tracking of randomly moving balls and then estimate their thermal exchanges with the environment by the estimation of some characteristic time. In the second case we made a comparison between two fluids which flow inside a microchannel in order to determine the relative changes of thermal properties. The last application was to estimate a thermal diffusivity field with a mobile heat source.

La présente thèse traite, au travers d’une analyse fondamentale et expérimentale, l’effet de texturation par détente instantanée contrôlée (DIC) sur les phénomènes de transfert au cours des processus de séchage, d’extraction mécanique et de comportement rhéologique. Les produits concernés ont été les graines de caroube (gomme et germe) et deux variétés de graines de tournesol (linoléique et oléique). La texturation DIC permet d’agir sur la cinétique de séchage par flux d’air ce qui conduit à une intensification des processus de séchage par flux d’air tout en assurant une bonne préservation de la qualité nutritionnelle du produit fini. L’étude expérimentale a été couplée à une analyse phénoménologique de la cinétique à travers une modélisation de type CWD (coupled Washing/Diffusion). Cette dernière étude conduit à une évaluation de l’impact de la texturation sur la diffusivité effective Deff et l’accessibilité initiale δWs. D’autre part, l’étude expérimentale en vue de l’optimisation de l’opération a été réalisée à travers la méthode des plans d’expériences. La modification des paramètres opératoires fonctionnels de la DIC, à savoir la pression absolue de vapeur d’eau saturée sèche (P), et le temps de traitement thermique (t), ainsi que le nombre des cycles (c) sur l’ensemble des performances de l’opération a été établie sur le comportement rhéologique de la gomme de caroube. Une deuxième partie de la thèse a été consacrée à l’étude fondamentale et expérimentale des procédés d’extraction d’huile de tournesol des deux variétés de graines linoléiques et oléiques. Le traitement thermomécanique par détente instantanée contrôlée (DIC) permet, à travers une modification contrôlée de la structure de la matière première, d’agir sur l’extraction mécanique par presse à froid des huiles de tournesol, ainsi que sur l’extraction par solvant de l’huile à partir du tourteau résiduel. Un complément à cette opération a consisté en l’extraction par solvant (n-hexane) opérée sur l’ensemble des graines de tournesol. La texturation DIC a conduit à une grande augmentation du rendement en huile pour les variétés linoléique et oléique. La préservation de la qualité de l’huile et du tourteau prouve l’adéquation de la DIC avec l’absence pratique de la dégradation chimique. Notre étude a également concerné la définition d’un nouveau procédé de désodorisation. Il s’agit de l’utilisation de l’Autovaporisation Multi-Flash MFA sur le raffinage de l’huile de tournesol. Cette technologie innovante de désodorisation se distingue par son faible niveau de température assurant ainsi une sévérité nettement inférieure à celle des méthodes conventionnelles à haute température. / This thesis deals with a fundamental and experimental analysis of the effect of instant controlled pressure drop (DIC) on the transfer phenomena and rheological behavior, which occurs during the drying process and mechanical and solvent extraction. The products concerned were carob seeds (gum and germ) and two varieties of sunflower seeds (linoleic and oleic). DIC texturing makes it possible to greatly modify the drying kinetics, leading to an effective intensification of the drying processes while maintaining a good preservation of the nutritional quality of the finished product. The experimental study was coupled with a phenomenological kinetic model using the CWD (coupled Washing/Diffusion). This study leads to evaluate the impact of texturing on the effective diffusivity Deff and the initial accessibility δWs. On the other hand, the experimental study for the optimization of the operation was carried out through an adequate experimental design method. The impact of the DIC processing parameters, namely the absolute pressure of saturated dry water vapor (P), and the heat treatment time (t), as well as the number of cycles (c) was established on the rheological behavior of the carob bean gum. A second part of our work was devoted to the theoretical and experimental study of sunflower oil extraction processes of the two types of linoleic and oleic seeds. By acting as a controlled modification of the raw material, (DIC) texturing allowed increasing the yield of sunflower oil by both cold pressing and solvent extraction from the residual cake. DIC texturing has led to a large increase in oil yield for both linoleic and oleic varieties. The preservation of the quality of oil demonstrates that DIC was perfectly adequate with a perfect absence of chemical degradation. Our study also involved the definition of a new deodorization process. This is the use of the Multi-Flash Autovaporization MFA on the refining of sunflower oil. This innovative deodorization technology is characterized by its low temperature level, thus ensuring a much lower severity than conventional high temperature methods.

La connaissance de la structure thermique interne de la Terre est essentielle pour mieux appréhender les phénomènes géologiques observables à la surface du globe. Cette structure thermique est déterminée par les échanges thermiques conductifs et convectifs au sein du manteau. Ces derniers sont essentiellement contrôlés par les propriétés de transport thermique des roches du manteau. Le travail de thèse propose une étude de ces propriétés par la détermination expérimentale de la diffusivité thermique à haute température et haute pression. Pour cela, des mesures de diffusivité thermique sur monocristaux et agrégats naturels d'olivine (roches) ont été conduites à l'aide de trois méthodes de mesures, dont l'une a été élaborée à Montpellier. Les mesures sur monocristaux montrent une forte anisotropie de la diffusivité thermique et une contribution significative du rayonnement au transport thermique à haute température. Les mesures sur des péridotites déformées naturellement montrent que l'orientation préférentielle des cristaux d'olivine conduit à une anisotropie significative (25%) de la diffusivité thermique, qui se conserve à haute température. La comparaison entre le comportement des monocristaux et des agrégats d'olivine suggère que la contribution des phonons à la diffusivité thermique n'est pas affectée par les joints de grain ou les imperfections de la roche et que bien que diminuée par l'effet des joints de grains, la contribution radiative demeure significative à l'échelle de la roche. La diffusivité thermique résultante dans les conditions du manteau est proche de 1.5 mm2.s-1, et elle est 50% plus élevée que celle déduite des études antérieures. La modélisation des géothermes dans divers contextes géodynamiques montre que des valeurs réalistes de la contribution des phonons, ajoutées à une contribution radiative significative et une anisotropie de la diffusivité thermique peuvent avoir un effet majeur sur la dynamique de la lithosphère et du manteau convectif.

Dans le cadre de la présente thèse, a été étudié l'impact de la texturation par traitement thermo-mécanique DIC (Détente Instantanée Contrôlée) sur le séchage de divers produits alimentaires. Ce prétraitement a induit une amélioration de la cinétique de l'opération de séchage quand elle est limitée par le transfert interne de la matière couplé au rétrécissement du produit. Ainsi, la diminution du temps de séchage a atteint 67% dans le cas de l'oignon et 77% dans le cas du cassis. Quant à la diffusivité effective Deff, elle a augmenté par rapport à la matière première jusqu'à 246% pour les pépins et 795% pour les déchets de canneberge, 336% pour l'oignon et 1223% pour le cassis. Dans le cas des produits étudiés, la pression de vapeur de traitement DIC a généralement un effet significatif positif sur la cinétique de séchage et d'extraction des différentes molécules. Concernant les caractérisatiques des produits, nous constatons l'impact positif du traitement par DIC quant aux principales caractéristiques de la matière. Ainsi, les composés phénoliques apparaissent plus disponibles à la suite du traitement adéquat par DIC. Le contenu en composés phénoliques et la capacité antioxydante étant supérieurs dans les produits traités par DIC, la qualité nutritionnelle s'est ainsi également trouvée améliorée. Avec une dégradation thermique négligeable, le traitement DIC implique un effet mécanique dû à la détente instantanée, ce qui permet la rupture de certaines structures cellulaires de la matière et l'augmentation de la quantité maximale extractible. Les caractéristiques physiques diverses (masse volumique apparente et taux relatif d'expansion), les caractéristiques microstructurelles (mesurées par microscopie électronique à balayage) et fonctionnelles d'interaction avec l'eau (réhydratation, teneur en eau, isotherme de sorption, microbiologie et contenu nutritionnel...) peuvent être optimisées en fonction des conditions opératoires DIC, selon les besoins du consommateur.

La première partie est consacrée à un rappel théorique des propliétés thermiques des matériaux, à des notions sur les flux et transferts thermiques ainsi qu'à la définition du modèle étu* dié où les variations de température sont des ondes thermiques sinusoïdales et où les transferts se font uniquement par conduction. On étudie ensuite les facteurs influençant les échanges thermiques de ce modèle, et notamment la conductivité et la diffusivité. Dans la deuxième partie, après avoir examiné des exemples de données, on montre la nécessité de les traiter pour parvenir à l'extraction de certains paramètres du modèle choisi. Les outils de traitement sont l'analyse spectrale, globale et par fenêtre mobile, et le filtrage fréquentiel numérique. Quelques méthodes de calcul de la diffusivité, du flux thermique conductif et du stock de chaleur sont alors exposées ainsi que les conditions de leur validité, tant d'un point de vue théorique que lors d'applications numériques sur données réelles et synthétiques. Deux exemples d'application géotechnique sont présentés dans la troisième partie où l'on utilise la température du proche sous-sol. .. Le premier exemple concerne le problème de la fiabilité des données transmises par un câble enterré lors de variations temporelles de la température. Il apparaît alors nécessaire de connaÎtre la diffusivité thermique des terrains rencontrés. Celie-ci est calculée à partir d'enregistrements de température par les méthodes présentées dans la deuxième partie. La différence de comportement thermique entre les terrains est ainsi mise en évidence. ..Dans le deuxième exemple, on cherche à déceler des circulations d'eau dans le proche sous-sol par les anomalies qu'elles sont susceptibles d'y provoquer .

Cette thèse présente de nouveaux modes de croissance du graphène, basés sur le dépôt PECVD d'une part et l'implantation ionique d'autre part. En séparant la phase de recuit de la phase d'introduction, l'implantation ionique - que nous fûmes les premiers à employer - nous a permis d'isoler des facteurs importants du traitement thermique. Nous avons ainsi pu obtenir une compréhension profonde de certains des mécanismes de croissance : du fait d'une diffusion très rapide, la distribution finale du carbone dans un film de Ni dépend du détail du traitement thermique qui est appliqué pendant ou après l'introduction de carbone. Nous montrons en particulier que deux espèces de matériaux graphitiques sont obtenues après un traitement donné : constituées de fins monocristaux de graphite d'une part, qui se développentvraisemblablement durant le plateau haute température, et de "few‐layer graphene" nanocristallin d'autre part qui apparaît très certainement durant le refroidissement. Le dépôt PECVD soumet un film métallique à un plasma hautement réactif, introduisant des atomes de carbone dans le voisinage de sa surface.Effectuer cette opération à haute température provoque la diffusion des atomes de carbone à travers le film. Cette technique a délivré notamment des nanotubes de carbone d'excellente qualité. Ici, nous l'avons adaptéeà la croissance de graphèneet en avons obtenu des films de graphène sur Ni, à des températures aussi basses que 450 °C. De plus, cette technique s'est avérée délivrer un deuxième film de graphène, à l'interfaceentre le Ni et son substrat isolant (SiO2ou verre). Ce second film se plaçant directement sur un substrat fonctionnel, nous avons développé un procédé simple pour l'utiliser directement dans undispositif, sans transfert. Nous avons ainsi développé un capteur d'humidité, par simple impression d'électrodes. Au‐delà de cette preuve de concept, nous devons maintenant explorer plus avant les mécanismes de croissance et les conditions de recuit pour le développement d'applications de ce graphène sans‐transfert et basse‐température.

L'un des problèmes fondamentaux de l'imagerie cardiaque par résonance magnétique du tenseur de diffusion (IRM-TD) est sa faible résolution spatiale, à cause des limitations matérielles des scanners IRM actuels. L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer de nouvelles approches pour améliorer la résolution des données d'IRM-TD afin de mieux représenter l'architecture myocardique du coeur humain et de la comparer avec des résultats issus d'autres techniques d'investigation telles que l'imagerie par lumière polarisée. Dans ce cadre, le travail porte sur trois parties principales. La première concerne le développement d'une nouvelle approche pour l'interpolation des champs de vecteurs propres principaux issus de l'IRM-TD cardiaque humaine. Cette approche consiste d'abord à supprimer les vecteurs corrompus par le bruit au lieu de débruiter de manière uniforme le champ entier de vecteurs, et ensuite à interpoler le champ de vecteurs en utilisant la modèle Thin-Plate-Spline (TPS) afin d'exploiter la corrélation entre les composantes du vecteur. La deuxième partie concerne une nouvelle famille de méthodes d'interpolation pour les champs de tenseurs, basée soit sur les angles d'Euler soit sur le quaternion. Ces méthodes exploitent les caractéristiques du tenseur et préservent les paramètres de tenseurs, tels que le déterminant du tenseur, l'anisotropie fractionnelle (FA) et la diffusivité moyenne (MD). En outre, cette partie compare les principales approches d'interpolation au niveau des images pondérées en diffusion et des champs de tenseurs, et les résultats montrent qu'il serait préférable d'effectuer l'interpolation des données d'IRM-TD au niveau des champs de tenseurs. La troisième partie étudie le changement des paramètres MD et FA après un infarctus du myocarde chez les cochons, et l'influence des méthodes d'interpolation sur ces paramètres dans la zone infarctus et la zone distante. Les résultats montrent que la zone infarctus présente une diminution significative de FA et une augmentation significative de MD, comparée avec la zone distante, et que les méthodes d'interpolations du tenseur ont plus d'influence sur FA que sur MD, ce qui suggère que l'interprétation de ces paramètres cliniques après l'interpolation doive être prise avec précaution.