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.

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.

L'auteur présente une étude comportementale des milieux granulaires humides. Une première phase de caractérisation de tels milieux, couplant des aspects mécaniques et texturaux, aura pour ambition d'établir les bases d'une représentation schématique de l'état hydrique et textural d'un milieu granulaire. Cette représentation sera investie dans l'analyse du processus d'agglomération et permettra, grâce à une étude couplant des aspects hydro-texturaux et morpho-granulométriques, d'analyser les modifications subies par des milieux granulaires soumis à une opération de mouillage et de malaxage. Ces modifications seront analysées aux deux échelles du mélange : à l'échelle des agglomérats, il sera montré que la phase d'agglomération peut être envisagée comme un processus de type fractal ; à l'échelle globale du milieu, une phénoménologie de texturation en trois étapes sera mise en évidence. La dernière phase de ce travail consistera en une étude plus particulière des effets de contraintes vibratoires ou axiales sur le phénomène de texturation préalablement mis en évidence sur le milieu vrac. Il s'agira d'étudier dans quelle mesure ce type de contraintes (tassement, compactage), postérieure à l'élaboration du milieu, est susceptible de modifier l'allure du phénomène de texturation et de déterminer les facteurs susceptibles d'influer sur la succession des différentes phases de ce phénomène. L'étude des cinétiques de relaxation sous contraintes vibratoires permettra également de proposer un nouveau modèle de relaxation établi selon une approche mécanique.

Le caroubier est considéré comme l'un des arbres fruitiers et forestiers qui présente le plus grand potentiel de valorisation puisque toutes les parties de cette plante sont utilisables dans plusieurs applications industriels. Le caroubier est cultivé dans plusieurs régions du Liban mais peu d'études sont disponibles sur les voies de valorisation et sur les propriétés fonctionnelles et structurales des graines et des gousses. Ainsi, dans le cadre d'une démarche qui vise à promouvoir et contribuer à une meilleure valorisation et gestion de cette ressource renouvelable, nous avons entrepris dans cette thèse des travaux consacrés à la caractérisation et à l'évaluation de la valeur nutritive et fonctionnelle des gousses de caroube issues de plusieurs régions libanaise. Ces travaux ont porté notamment sur la caractérisation morphologique et physico-chimique des gousses et sur la purification des gommes extraits des graines. Ces gommes ont fait l'objet d'une étude approfondie portant sur leur comportement rhéologique et la relation entre ce comportement, la variété et le lieu géographique. Nous avons aussi déterminé les isothermes de sorption de ces gommes pour prédire les conditions idéales de leur conservation. Les résultats obtenus à l'issue de cette étude ont démontré clairement la présence des corrélations morphologie, composition chimique et coordonnées géographiques de différents cultivars étudiés. De même, les études structurales et rhéologiques ont montré des différences significatives entre les gommes purifiées. Cette différence semble être liée à une variation du rapport galactose/mannose et de la masse molaire observée selon les variétés. Par ailleurs, les études des isothermes de sorption ont permis de fournir des informations complémentaires sur leurs hygroscopicités et par conséquence sur les conditions idéales de leur conservation / The carob plant is considered as one of the fruit and forester tree that has the greatest potential of valorization since all the parts of this plant can be used in several food and cosmetic applications. The carob is cultivated in several areas of lebanon but few studies are available on the ways of valorization and the functional and structural properties of the different fractions of this tree (seeds and pods). Thus, in view to develop a strategy aims to promote and contribute to a better valorization and management of this renewable resource, we undertook in this thesis of work devoted to the characterization and the evaluation of nutritive and functional properties of the carob pods resulting from several lebanese areas. This work focused particularly on the morphological and physicochemical characterization of the pods and the purified fraction of gum. These gums were the subject of a thorough study relating to their rheological behavior and the relation between this behavior, the variety and the geographical localization of the studied varieties. We also determined the isotherms of sorption of these gums to predict the ideal conditions of their conservation. The obtained results clearly showed the presence of the correlations between morphology, chemical composition and geographical localization of the different studied cultivars. In the same way, the structural and rheological studies showed significant differences between purified gums. This difference seems to be related to a variation of the galactose /mannose ratio and molar mass according to the varieties. These interesting rheological properties open the carob gums a new niches of valorization with added values. In addition, the studies of the isotherms of sorption provided additional information on their hygroscopicities and by consequence on the ideal conditions of their conservation

De nos jours, l’utilisation de liants à faible teneur en clinker est de plus en plus courante. Or la cinétique de réaction des additions minérales utilisées est plus lente que celle du clinker. Si les conditions de cure ne sont pas adaptées, le matériau aura une structure poreuse plus importante, ce qui le rendra plus sensible à la pénétration des agents agressifs extérieurs comme le CO2 ou les Cl-. La carbonatation du béton est l’un des principaux phénomènes pouvant diminuer la durée de vie d’une structure en béton armé. En effet, elle entraine une diminution du pH de la solution interstitielle qui a pour conséquence une dépassivation des armatures, puis la corrosion de ces dernières si les conditions s’y prêtent.L’objectif de cette thèse est d’étudier l’impact de la carbonatation au jeune âge sur des liants à faible teneur en clinker. Pour cela l’étude se compose de deux aspects : le premier est l’étude de l’impact de l’hydratation et de la carbonatation sur les propriétés de transport et les isothermes de sorption hydrique, et le second est l’étude de l’impact du couplage hydratation-séchage-carbonatation sur la microstructure et la structure poreuse. Pour le premier aspect, les propriétés de transport étudiées sont la diffusion de l’O2, la diffusion de la vapeur d’eau, la perméabilité à l’eau liquide qui sont des données d’entrée dans les modèles de carbonatation ainsi que la perméabilité aux gaz qui est un indicateur de durabilité. Pour le second aspect, l’impact du couplage est mesuré par ATG et DRX pour déterminer l’assemblage de phases, de plus de la porosimétrie par intrusion de Mercure et des pesées hydrostatiques sont effectuées pour détecter le changement de la structure poreuse. Les matériaux étudiés sont des pâtes de ciment et des bétons avec un rapport eau/ liant de 0,57 avec l’un des trois liants suivants : CEM I, CEM I +30% de cendres volantes et CEM I +60% de laitiers.Pour le premier aspect, les résultats montrent que pour les pâtes de CEM I le temps de cure a un faible impact sur les isothermes de sorption de vapeur d’eau s’il est compris entre 3 jours et 6 mois. Alors que, pour les pâtes de CEM I + 60% de laitier, l’augmentation du temps de cure accroit significativement la teneur en eau (pour HR=65%, tcure=3 jours et pour tcure=6 mois ) dû à une augmentation de la teneur en C-S-H. D’autre part, la carbonatation entraine une diminution de la teneur en eau de l’échantillon, ainsi que l’amplitude de l’hystérésis. De plus, le gel a une porosité plus grossière. Par ailleurs, la carbonatation entraine une augmentation de la perméabilité aux gaz des matériaux. Pour le second aspect, les résultats montrent que l’utilisation d’additions minérales diminue la résistance à la carbonatation du matériau et que cette résistance augmente avec le temps de cure si l’échantillon contient des additions. La carbonatation de la portlandite, des C-S-H et des aluminates est concomitante. De plus, pour les matériaux aux laitiers, les résultats montrent qu’ils sont plus sensibles à la carbonatation des C-S-H et des aluminates que les CEM I. En effet quand le rapport variation molaire de CaCO3 sur variation molaire de Portlandite est calculé, il vaut 1.8 pour le CEM I et environ 3.5 pour les matériaux aux laitiers. Enfin, la carbonatation entraine une diminution du degré de saturation de l’échantillon. En effet, le degré de saturation à la surface de l’échantillon passe de 50% à 35% après carbonatation pour les échantillons de CEM I et de 50% à 5% pour les échantillons de CEM I + 60% de laitiers. Cette diminution peut s’expliquer par la diminution de la surface spécifique qui est divisée par 2 après carbonatation due à la décalcification des C-S-H. Même si la carbonatation entraine une diminution de porosité cette dernière est trop faible dans ce cas pour contrer cet effet / Nowaday, low clinker content binders are used more and more often. But the kinetics reactions of the supplementary cementitious materials (SCM) are slower than this one of clinker. If the curing conditions are not adapted, material will have a bigger pore structure and becomes more sensitive to the ingress of aggressive species from the environment like the CO2 or Cl-. Carbonation is one of main phenomena which can lead to decrease the life time of reinforced concrete structure. Indeed, it leads to a decrease of pore solution pH which leads to the depassivation of rebar. Then these rebars can be corroded if the conditions are appropriate.The aim of this thesis is to study the impact of carbonation at early age for binder with a low clinker content. This study was composed of two aspects: the first one is focus on the impact of hydration and carbonation on the transport properties and the water vapour sorption isotherms (WVSI), and the second one is focus on the impact of coupling hydration – drying-carbonation on the microstructure and the pore structure. For the first aspect, the studied transport properties was O2 diffusivity, water vapour diffusivity, water liquid permeability which are inputs for carbonation modelling and the intrinsic gas permeability which is a durability factor. For the second aspect, the coupling impact was measured by TGA and DRX to determine the phase assemblage; moreover Mercury intrusion porosimetry (MIP) and hydrostatic weigh were carried out to measure the change in the pore structure. The studied materials were cement pastes and concretes with water to binder ratio of 0.57 with one of the following binders: CEM I, CEM I +30% PFA and CEM I + 60% GGBS.For the first part, results show that a curing time between 3 days and 6 months has a low impact on the WVSI for the CEM I paste. Whereas, in the CEM I +60% GGBS paste, when the curing time increases, the water content increases (for a RH=65%, tcuring=3 days and for tcuring=6 months ), this is due to the increase of the C-S-H content. Moreover, carbonation leads to decrease the water content and the hysteresis becomes flat. Additionally, carbonation leads to increase the intrinsic gas permeability. For the second part, the results show that the use of SCM decreases the carbonation resistance and this resistance increases with the curing time. Carbonation of Portlandite, C-S-H and aluminates occurs in the same time. Moreover, the CEM I +60% GGBS paste are more sensitive to the carbonation of C-S-H and aluminates than the CEM I paste. Indeed, the molar variation of CaCO3 to the molar variation of Portlandite ratio has a value around 3.5 for the CEM I +60% GGBS and 1.8 for the CEM I. Finally, carbonation leads to decrease the water saturation degree at the surface of sample. Indeed, the degree of saturation at the surface of the sample increases from 50% to 35% after carbonation for the CEM I paste and from 50% to 5% for the CEm I +60% GGBS paste. This decrease can be explained by the decrease of the BET specific surface which is divided by 2 after carbonation. It is due to the decalcification of C-S-H. Although carbonation leads to a decrease of porosity, this one is too small in this case to counter this effect

Des gaz vont être générés par corrosion des conteneurs de déchets radioactifs au niveau d'un stockage en couche géologique profonde. Une bulle de gaz se crée et monte en pression. Si le gaz pénètre difficilement la formation géologique, l'augmentation de pression pourra la fissurer et créer des chemins préférentiels à la migration de radionucléides. Les argilites du Callovo-Oxfordien sont ici caractérisées. Un dispositif permettant de mesurer de très faibles perméabilités à l'hydrogène/hélium a été utilisé couplé au Dusty Gas Model. Les argilites proches de la saturation ont une porosité accessible au gaz inférieure à 1% voire 0,1% de la porosité totale. A partir de l'étude de l'effet Knudsen cette porosité pourrait être due à des pores de 50 à 200 nm de diamètre mis en évidence lors de la caractérisation des réseaux. En intégrant ces résultats dans un modèle opérationnel de l'ANDRA, la pression maximale atteinte au sein d'une alvéole de stockage serait de 83 bar.

Du fait de problèmes de santé publique, l’industrie agroalimentaire doit réduire la quantité de sel et de matière grasse dans les aliments, et donc dans les charcuteries. Lors de la fabrication des saucissons secs, une diminution combinée des taux de sel et de matière grasse animale peut se traduire par des problèmes de stabilité microbiologique, des défauts d’arôme et de texture dus à des modifications physicochimiques et biochimiques. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient : (1) d’étudier l’impact d’une réduction directe des teneurs en sel et en matière grasse animale sur les évolutions physicochimiques et biochimiques au sein des produits, (2) d’identifier les composés aromatiques responsables de l’arôme du saucisson sec, ainsi que leurs origines, (3) de développer de nouvelles formulations de saucissons secs à teneurs réduites en sodium et en acides gras saturés, et (4) d’étudier les transferts d’eau et sel et de développer une isotherme de sorption spécifique pour le saucisson sec. L’étude de l’effet d’une réduction directe combinée a mis en évidence la difficulté de fabriquer des saucissons secs à teneurs réduites en sel et en matière grasse animale, sans modifier les évolutions physicochimiques et biochimiques. Une identification des composés volatils odorants de saucissons secs de haut de gamme a permis de montrer que l’aromatisation par l’ail et le poivre noir pouvait être un levier technologique permettant d’améliorer la qualité aromatique des saucissons secs allégés en sel et en matière grasse animale. L’impact de l’aromatisation et d’une substitution partielle combinée du sel par le chlorure de potassium et du gras de bardière de porc par l’huile de tournesol oléique sur les propriétés physicochimiques, les réactions biochimiques et les attributs sensoriels de saucissons secs, a été étudié. Cette étude a montré le rôle important de l’aromatisation qui agit en introduisant des molécules aromatiques qui rehaussent l’acceptabilité des produits par les consommateurs, en tant qu’exhausteur de la perception du goût salé et aussi, sur les processus fermentaires qui vont conditionner l’aspect et la texture finale du produit. La substitution partielle combinée est une solution efficace pour conserver au mieux la qualité organoleptique des saucissons, en permettant, d’une part, d’éviter les défauts texturaux et sensoriels liés aux modifications physicochimiques, protéolytiques et lipolytiques générés par une réduction directe combinée, et d’autre part, d’améliorer l’arôme du produit en rehaussant les niveaux d’oxydations lipidique et protéique. L’étude des transferts d’eau et de sel a mis en évidence une migration du sel vers le cœur du saucisson, et a permis de déterminer des valeurs de diffusivité apparente de l’eau en surface de ces produits. Il a été montré qu’une forte réduction en matière grasse réduisait la diffusivité de l’eau à la surface du saucisson. Une isotherme de sorption spécifique permettant de prédire l’aw en fonction des teneurs en eau, en lipides et en sel a été construite en adaptant un modèle de Ross établi pour la gélatine salée et grasse. / Because of public health problems, the food industry must lower sodium and animal fat contents in all food products, therefore in cured meat products. During dry-fermented sausage manufacture, a combined reduction both in salt and animal fat contents may induce microbial safety problems and textural and aroma defects due to physical-chemical and biochemical changes. On account of that, this work of thesis aims (1) to investigate the impact of a direct reduction on the salt and animal fat contents on the physical-chemical and biochemical evolutions in the products, (2) to identify the aromatic compounds responsible for the aroma of dry-fermented sausage, and their origins, (3) to develop new nutritionally-improved formulations of dry-fermented sausages with less sodium and saturated fatty acids, and (4) to study the impact of lipid and sodium chloride contents on water transfers in dry-fermented sausages and to build a specific sorption isotherm curve for dry sausages. The study of the effect of a combined direct reduction highlighted the difficulty of manufacturing sodium-reduced fat-reduced dry sausages, without affecting the physical-chemical and biochemical evolutions. Identification of odorous volatile compounds of high quality dry sausages showed that flavouring, especially garlic and black pepper, could be a good solution for improving the aromatic quality of salt-reduced fat-reduced dry-fermented sausages. The impact of flavouring and of a combined salt and animal fat replacement by potassium chloride and oleic sunflower oil, respectively, on physical-chemical properties, biochemical reactions and sensory attributes of dry-fermented sausages was then studied. This specific study showed the crucial role played by flavouring which introduces aromatic molecules that enhance the product acceptability by consumers, which acts as an enhancer of the saltiness perception and which improves the product appearance and texture by boosting the fermentation process. Consequently, the combined partial substitution is an efficient solution to preserve at best the organoleptic quality of the products, allowing, on one hand, avoiding the textural and sensory defects related to physical-chemical, proteolytic and lipolytic modifications induced by a combined direct reduction, and on the other hand, enhancing the product aroma by increasing the levels of lipid and protein oxidations. The study on water and salt transfers highlighted a salt diffusion towards the dry sausage core, and made it possible to determine values of apparent water diffusivity at the sausage surface. We demonstrated that a strong reduction in animal fat content significantly lowered the water diffusivity value at the product surface. A specific sorption isotherm curve based on a modified Ross model was built, allowing dry-fermented sausages water activity to be calculated as a function of water, fat and salt contents.