Le résidu de bauxite communément appelé boue rouge est un déchet industriel généré lors de la production d'alumine. Le stockage de ces déchets est considéré comme un important problème environnemental, notamment du fait de la nature caustique du matériau (pH >10) et des quantités générées (d’environ 1,5 t par tonne d’alumine produit). La production de l’alumine vénézuélienne (par CVG Bauxilum) a ainsi généré plus de 15 millions de m3 de résidus de bauxite. Paradoxalement, aucune recherche n’a encore été menée sur les propriétés de ces résidus en tant que matériau pouvant être utilisé dans le domaine environnemental. Les objectifs principaux de ce travail de thèse sont une caractérisation physico-chimique du résidu de bauxite vénézuélienne (fraction solide) ainsi qu’une évaluation des options de valorisation, notamment comme agent de remédiation des systèmes pollués. Une approche intégrée couplant la chimie, la minéralogie, le pH, la granulométrie, la surface spécifique et le contenu en radionucléides, avec des études de spéciation chimique et de biodisponibilité, a permis de mettre en évidence certaines des caractéristiques très importantes notamment 1) une teneur élevée en Th et U et leur isotopes respectifs Th232 et U238, ainsi qu’en lanthanides 2) le risque potentiel chimiotoxique du résidu vis-à-vis de fractions très labiles pour des éléments tels que l’aluminium et l’uranium 3) des propriétés de sorption intéressantes vis à vis d’éléments toxiques, Pb, Zn et As, du fait de la grande surface spécifique du résidu, notamment en milieu acide (cas d’un drainage minier acide). L’ensemble des résultats de ce travail, a montré que l’utilisation potentielle des résidus de bauxite vénézuélienne dans des domaines clés tels que l'assainissement des systèmes pollués (comme amendement ou un agent sorbant) et dans la récupération de métaux d’intérêt économique pourrait être une voie possible pour la valorisation de ce déchet. / The bauxite residue commonly called ‘red mud’ is an industrial waste generated during the production of alumina. The storage of this waste is considered as a major environmental problem, especially because of its caustic nature (pH> 10) and the huge produced quantities (about 1.5 t per tonne of alumina produced). The production of Venezuelan alumina (CVG Bauxilum) has generated more than 15 million m3 of bauxite residue. Moreover, no research has yet been conducted on the properties of these residues and their utilization in the environmental field. The main goals of this study focus on the physical and chemical characterization of Venezuelan bauxite residue (solid fraction) and in an evaluation of its applications as an agent for remediation of polluted systems. An integrated approach coupling chemical composition and adsorption properties, mineralogical phases, particle size, surface area and radionuclide content with studies of chemical speciation and bioavailability, yielded significant constraints including: 1) a high content of U and Th, and their respective isotopes Th232 and U238, as well as lanthanides 2) the potential risk of residue chemotoxicity towards a very labile fraction of elements such as aluminum and uranium 3) high sorption properties with respect to toxic elements, Pb, Zn and As, due to the large surface area of the residue, especially under acidic conditions (case of acid mine drainage). These results have shown the potential use of Venezuelan bauxite residue in key areas such as remediation of polluted systems (as amendment or sorbent agent) and in the recovery of metals of economic interest.

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

Un des points les plus importants en génie civil concerne la durabilité des structures. Au cours de sa vie, une structure est confrontée à différentes situations environnementales, tels que différentes humidités relatives. Il est donc crucial de caractériser le comportement des matériaux tels que le retrait par rapport à ces changements. Certaines informations sont nécessaires afin de pouvoir prédire cela. Une des principales informations est l’isotherme de sorption-désorption. Obtenir l’isotherme expérimentalement est considéré comme une expérience coûteuse en temps. C’est pour cette raison que la modélisation numérique de l’isotherme porte un grand intérêt. Une hystérésis est également perceptible entre les courbes de sorption et de désorption. Ce phénomène est lié à la structure du réseau poreux et la présence des petits pores se trouvant enfermés derrière les grands pores (des pores de bouteille d’encre).Dans cette thèse, afin de modéliser un milieu poreux, une morphologie numérique de la géométrie du milieu poreux a été présentée par l’intermédiaire d’une excursion de champs aléatoires. Les paramètres du champ aléatoire sont basés sur les valeurs expérimentales. L’avantage de cette étude est de modéliser le réseau poreux sans aucune hypothèse sur la forme des pores. Une fois que les milieux poreux ont été reproduits, l’analyse morphologique doit être effectuée afin de modéliser les transferts d’eau. À la suite de la simulation de l’isotherme de sorption-désorption, la deuxième étape consiste à évaluer les déformations induites par la dessication et de trouver une estimation du retrait de dessiccation. / One of the most important issues in civil engineering about structures is their durability. A structure during his lifetime faces different environmental situations, like different relative humidities. Thus, it is crucial to characterize materials behavior like the shrinkage against these changes. Some information are needed to predict it. One of the principal information is the sorption-desorption isotherm. Obtaining isotherm experimentally is considered as a substantially time-consuming experience. Therefore, it is of interest to model the isotherm from a numerical point of view. A hysteresis is also noticeable between the curves of sorption and desorption. This phenomenon is related to the structure of the porous network and the presence of ink-bottle pores.In the present work, in order to model a porous media, a numerical morphology of the geometry of the porous media has been presented by means of a Random Field excursion. Random Field parameters are defined based on experimental values. The advantage of this study is to model the porous network without any assumption on the shape of pores. Once the porous media has been reproduced, the morphological analysis must be done in order to model water transfers. Following the simulation of sorption-desorption isotherm, the second step is to evaluate strains induced due to desiccation and to find an estimation of drying shrinkage.

Les canalisations coudées des circuits de refroidissement des centrales thermiques sont soumises à des fluctuations thermiques de faible amplitude et de fréquence variable. Ces fluctuations associées aux variations de température des fluides présentent un risque de fissuration et de fuites. Afin de prévenir de tels risques, EDF a lancé le programme CRECO RNE 808, « Fatigue thermique des aciers inoxydables austénitiques 304L » pour étudier expérimentalement sur élément de volume, lamorçage et le début de propagation des fissures en fatigue thermique dans les aciers inoxydables austénitiques. Lobjectif est de comparer le comportement et lendommagement du matériau en fatigue mécano-thermique (cyclage en température + cyclage en déformation) et en fatigue isotherme et est orienté sur le problème RRA, dans lequel les conditions extrêmes ont été déterminées par EDF pour le métal Tmax = 165°C et Tmin = 90°C et où la fréquence des fluctuations thermiques peut atteindre un Hertz. Une sollicitation thermomécanique sur élément de volume est nécessaire en effet pour simuler la fatigue thermique des zones critiques dune structure. Des essais de fatigue isotherme, aux deux températures extrêmes du cycle thermique, ont montré un comportement similaire du matériau et un effet du module sur la réponse mécanique du matériau. On na pas constaté de réelle différence de durée de vie entre les deux températures étudiées pour des amplitudes de déformation mécanique supérieures à 0,18% alors que pour des faibles amplitudes de déformations la durée de vie du matériau diminue quand la température augmente. Des essais de fatigue mécano-thermique réalisés sur des éprouvettes prélevées dans une bride de barrière thermique et dautres sur une tôle ne montrent pas de différence que ce soit de point de vue comportement ou durée de vie pour des amplitudes de déformations mécaniques supérieures à 0,18%. Dans le but détudier leffet de la contrainte moyenne, induite par pré-écrouissage cyclique, sur la durée de vie du matériau, des essais ont été réalisés sur des éprouvettes pré-écrouies cycliquement à lambiante à ±1%. Une première comparaison des deux essais réalisés sur matériau pré-écroui ne montre pas de différence entre le chargement mécano-thermique et isotherme à 165°C que ce soit en terme de comportement ou de durée de vie. Un effet de la contrainte moyenne (préécrouissage monotone à lambiante) a été mis en évidence en fatigue isotherme à 165°C, avec une réduction importante de la durée de vie sur le digramme Dep/2 = f(Nf). Sous sollicitations mécano-thermiques, la durée de vie sur matériau pré-écroui est plus importante que dans des conditions isothermes à 165°C. Une étude du comportement en relaxation du matériau entre 50 et 250°C a montré la présence de deux stades de relaxation : un premier stade pendant lequel le matériau se relaxe rapidement avec une viscosité indépendante de la température et de la déformation plastique cumulée, et un deuxième stade pendant lequel la contrainte macroscopique varie peu dans le temps. Létude a montré que la capacité de relaxation du matériau diminue quand la température augmente de 50 à 250°C : le matériau présente donc une anomalie de comportement marquée dans ce domaine de températures. Un pré-écrouissage cyclique à lambiante à ±1% diminue le taux de relaxation du matériau à 50°C et fait apparaître une troisième stade de relaxation du matériau avec une viscosité plus importante. Un pré-écrouissage monotone à lambiante jusquà une contrainte maximale de 500MPa, réduit encore plus le taux de relaxation du matériau à 50 quà 250°C. Les essais de fatigue mécano-thermique à grand nombre de cycles (106 cycles et au delà) conduisent à des durées dessais pouvant dépasser un an. Afin dexplorer, néanmoins, leffet de lamplitude de déformation dans ce domaine de durée de vie, et compte tenu du fait que sur site les premiers stades damorçage se produisent dans des zones superficielles perturbées, nous avons réalisé des essais de propagation de fissures courtes à partir dune entaille (longueur 2a = 0.5mm) en plasticité généralisée en contrôle de déformation mécanique, comme sur élément de volume. Un modèle de durée de vie est introduit au dernier chapitre. Le calcul est basé sur les résultats des essais de fissuration en plasticité généralisée décrite dans le chapitre 6. En premier lieu un modèle de comportement cyclique est identifié aux deux températures 90 et 165°C.<br /> La deuxième partie sintéresse au calcul de durées de vie. À travers une représentation énergétique des résultats, nous avons discuté la validité du modèle de durée de vie en nous basant sur une analyse assez simplifiée. Deux approches sont présentées, avec pour chaque cas une comparaison des durées de vie expérimentales aux durées de vie obtenus expérimentalement en fatigue isotherme à 90 et 165°C et en fatigue mécano-thermique. Le modèle de durée de vie retenu a été validé en fatigue isotherme à 90 et 165°C ainsi quen fatigue mécano-thermique.

Les collecteurs d'échappement des véhicules automobiles sont des pièces sollicitées en fatigue thermique de manière prépondérante. Pour la fabrication de ces pièces, les aciers inoxydables viennent aujourd'hui concurrencer la fonte traditionnellement utilisée.<br />Afin de qualifier les différentes nuances de sa gamme vis-à-vis de cette application, la société Ugine & ALZ, fabricant d'aciers inoxydables, a développé un essai original de fatigue thermique. Si cet essai apparaît représentatif des sollicitations thermomécaniques subies par les collecteurs en zones critiques, différents mécanismes de ruine sont observés entre les nuances ferritiques et austénitiques.<br />Le sujet de la présente thèse concerne l'endommagement en fatigue thermique d'aciers inoxydables pour l'application automobile collecteur d'échappement. Deux aciers inoxydables sont étudiés: une nuance ferritique nommée F17TNb (17%Cr stabilisé Ti et Nb) et une nuance austénitique nommée R20-12 (20%Cr et 12%Ni).<br />Le premier objectif est de comprendre la différence d'endommagement apparaissant en fatigue thermique entre les nuances ferritiques et austénitiques. Le second objectif est de développer un outil de dimensionnement des structures sollicitées en fatigue thermique.

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

Les vapeurs organiques émises des solvants utilisés dans le produit chimique / la nourriture / les processus pharmaceutiques, ou des stations d'entreposage de combustible d'hydrocarbure aux terminus de pétrole, peuvent être efficacement capturées par l'adsorption sur les lits de charbon actif. L'objectif général du programme de recherche est les études expérimentales et les études de simulation de l'adsorption et des pas de régénération en cas de l'enlèvement COV qui estime dans les émissions industrielles par l'Adsorption (TSA – Température Swing Adsorption et VTSA -Vacuum Température Swing Adsorption). C'est accompli par les points suivants : établir les données d'équilibre d'isotherme pour 5 COV et 8 carbones activés à 293, 313, 333 et 353 K (complètement 120 expériences d'isotherme) et les utiliser ensuite dans le modèle de simulation; développer une simulation pose pour le processus de régénération et l'adsorption; concevoir et optimiser l' expérimentale de TSA qui a été établi dans Ecole des les Mines de Nantes; concevoir et optimiser l'expérimentale de VTSA qui a été établi dans GRL ARKEMA; la validation de simulation de résultats expérimentaux de le processus TSA et VTSA. Une fois après l'achèvement de tous les objectifs, le but est de se développer et le lancement un utile de simulation complet pour l'adsorption et les pas de régénération de COV avec la coopération de la Société PROSIM. / Organic vapors emitted from solvents used in chemical / food / pharmaceutical processes, or from hydrocarbon fuel storage stations at oil terminals, can be efficiently captured by adsorption onto activated carbon beds. The overall objective of the research program is the experimental and simulation studies of the adsorption and regeneration steps in the case of VOC removal which accounts into industrial emissions by Temperature Swing Adsorption (TSA) and Vacuum Temperature Swing Adsorption (VTSA) processes. This is achieved by the following steps : to establish the isotherm equilibrium data for 5 VOCs and 8 activated carbons at 293, 313, 333, and 353 K (totally 120 isotherm experiments) and then use them in the simulation model; to develop a simulation model for adsorption and regeneration process; to design and optimize the experimental setup of Thermal Swing Adsorption (TSA) which has been established in Ecole des Mines de Nantes; to design and optimize the experimental setup of Vacuum Temperature Swing Adsorption processes (VTSA) which has been established in GRL ARKEMA unit ; simulation validation of experimental results of TSA and VTSA process. Once after the completion of all the objectives, the goal is to develop and launch a complete simulation package for adsorption and regeneration steps of VOCs with the co-operation from PROSIM Corporation.

Les « glycoligands » sont des complexants obtenus par fonctionnalisation avec des bases de Lewis de structures centrales de type sucre. Nous avons fait varier de manière sys tématique la nature d'une plateforme centrale monosaccharidique (pyrannoses et furannoses de configurations et conformations variées) dans le cadre de l'étude des complexes dérivés de ligands contenant trois fonctions éther de 2-picolyle (ligands « triéther »). Nous avons considéré également des ligands « aminoéther » et « diamino » obtenus respectivement par fonctionnalisation de dérivés de type aminodésoxy-furannose et diaminodidésoxy-furannose. Les propriétés de complexation de cette famille de ligands pour les cations divalents 3d (Mn . . . Cu) ont été appréciées à travers des études structurales (diffraction des rayons X) et spectroscopiques. Divers complexes ont été étudiés par dichroïsme circulaire prouvant le caractère diastéréosélectif de la réaction de complexation et mettant en évidence une corré- lation empirique entre la conformation des cycles pyrannosique ou furannosique et la forme du signal. Dans un exemple choisi, la complexation a été caractérisée thermodynamiquement (par titration calorimétrique isotherme) afin de mettre en évidence l'effet de l'inclusion du site de chélation dans une structure cyclique. L'activité de type superoxyde dismutase d'un glycocomplexe diamino de manganèse s'oxydant à l'état Mn(III) en solution aqueuse aérobie a été mesurée à l'aide du test de McCord-Fridovich.

La tourbe possède une grande capacité à fixer les éléments traces (ET). Industriellement, celle-ci est utilisée dans le procédé des "Jardins filtrantsTM développé par la société Phytorestore, et qui consiste à filtrer des effluents chargés en ET à travers un casier contenant un mélange de tourbes blondes (SP) et noires (CP), et planté de roseaux (Phragmites australis). Le but de ce projet de recherche était d'améliorer l'efficacité du procédé via la compréhension des mécanismes de rétention du cuivre sur les particules de tourbe et à l'interface tourbe/racine. Ces interactions sont connues pour conditionner la mobilité et la biodisponibilité des ET. Trois approches ont été mises en oeuvre. L'approche chimique (titrages et isothermes d'adsorption) a montré que SP possède une plus grande réactivité que CP tant en terme d'échange de proton (QH,tot=3.88 vs. 3.64 mmol/g) que d'affinité pour le cuivre (log KCu,COOH= 1.71 vs. 1.30). L'approche spectroscopique (EXAFS et XANES) a montré que pour des teneurs comprises entre 100 et 300 ppm, Cu forme majoritairement un chélate double à cinq atomes du type Cu(malate)2 avec les groupements mixtes OH-R-COOH. A des teneurs supérieures, il est complexé par les groupements dicarboxyliques COOH-R-COOH et forme un chélate à six atomes du type Cu(malonate). L'approche micro-spectroscopique (μ-EXAFS et μ-XANES) a montré que les deux complexes précédents sont majoritaires dans le casier à tourbe. La rhizosphère du casier contient également des grains de laiton et des agrégats organo-minéraux nanocristallins de cuivre métallique. Les premiers sont d'origine anthropique et les seconds biologiques.

The aim of this research is to understand the solid state physical properties of inulin in regards to the spray-drying treatments. In this context, inulin powders were produced by pilot spray-drying a commercial inulin dispersion under various feed (Tfeed) and inlet air (Tin) temperatures. More particularly, the amorphous and crystalline properties of the powders were studied by developing different fine characterization tools, such as modulated differential scanning calorimetry or powder X-ray diffraction. When the temperature of the inulin water systems increased, the crystallinity of the powder decreased. To a smaller extent, this tendency is also observed with the increase of the inlet air temperature of the spray drier. For example, an amorphous powder is obtained with a Tfeed of 90°C whatever the Tin (comprised between 120 and 230°C); whereas for a Tfeed of 80°C, a Tin of 230°C is necessary to obtain the same result. Adsorption isotherms were established on four powders covering a large range of crystallinity (crystallinity index from 0 to 92). The Guggenheim Anderson de Boer model was fitted to the experimental data. As the water content of the powders increased, the glass transition of inulin decreased. When the Tg droped below the storage temperature (20°C for example), the powders crystallized and underwent clumping phenomenon. Under these conditions, a continuous hard mass was observed for the amorphous powders; while their semi-crystalline counterparts were agglomerated but friable. To understand these changes, a kinetic study of the physical properties evolution and stability of an amorphous powder as a function of its water content was realized. These results allowed to correlate the Tg water content relationship to the evolution of the powders behaviour, such as stickiness or hardening during storage.