Au cours de ce travail de thèse, sur l'hydrodynamique de l'écoulement dans le un réacteur continu, où les propriétés des nanomatériaux élaborés dépendent des caractéristiques morphologiques et structurales de la solution colloïdale issue du réacteur, nous avons d'abord optimisé les conditions d'utilisation (Re ≈ 6000), ainsi que la géométrie du T-mélange dans le but d'améliorer la qualité du micro-mélange. Ensuite, des mesures expérimentales ont permis de vérifier que la condition de Damköhler est respectée (Da ≤ 1). Enfin, ce résultat a été validé numériquement. Au delà de cette valeur de Re critique (Re* ≈ 8000), nous avons mis en évidence le phénomène de cavitation dans le T-mélange. Ce phénomène à été étudié expérimentalement, par des mesures SLS, et numériquement par des simulations CFD. Les résultats obtenus par ces deux approches concordent. Enfin, des mesures DLS ont été effectuées pour étudier et caractériser les bulles de cavitation. Ces dernières ont permis d'évaluer la taille des bulles ainsi que leur trajectoire le long de l'axe Z à la sortie du T-mélange. Cette étude a été suivie par des simulations numériques de la cavitation et du modèle multiphasique dans notre écoulement. Les deux études, expérimentale et numérique, ont confirmé que la diminution de l'intensité de la lumière diffusée mesurée par SLS le long de l'axe Z est due à l'évolution du nombre et de la taille des bulles / During this Phd work, on the hydrodynamics of flow in a continuous reactor, where the properties of the elaborated nanomaterials depend on the morphological and structural characteristics of the colloidal solution out coming from the reactor, we first optimized the conditions of use of the latter (Re ≈ 6000), as well as the geometry of the T-mixer in order to improve the quality of the micro-mixing. Then, experimental measurements allowed us to verify that the condition of Damköhler is respected (Da ≤ 1). Finally, this result has been validated numerically. Beyond this Re critical value (Re * ≈ 8000), we have highlighted the phenomenon of cavitations in the T-mixer. This phenomenon has been studied experimentally, by SLS measurements, and numerically by CFD simulation. The results obtained by these two approaches are in agreement. Finally, DLS measurements were made to study and characterize cavitations bubbles. These measurements allowed us to evaluate the size of the bubbles as well as their trajectory along the Z axis 121 at the outlet of the T-mixer. This study was followed by numerical simulations of the cavitations and the multiphase model in our flow. Both experimental and numerical studies confirmed that the decrease in the intensity of scattered light measured by SLS along the Z axis is result to the changes of the number and the size of bubbles.

Les progrès des technologies Silicium permettent aujourd’hui de concevoir des circuits électroniques fonctionnant en bande de fréquence millimétrique, grâce à des composants de plus en plus performants. Ces évolutions sont possibles grâce aux performances des transistors, dont les fréquences de fonctionnement sont désormais au-delà de 300 GHz. Pour assurer la conception de circuits dont la taille diminue drastiquement de technologie en technologie, les composants disponibles, et plus particulièrement les transistors, doivent être fidèlement modélisés. Leur modélisation est basée sur des caractérisations en paramètres S, en puissance ainsi qu'en bruit. La caractérisation en bruit permet une extraction des quatre paramètres de bruit des transistors, afin de représenter finement leur comportement bruyant. En bande D (110-170 GHz), l'instrumentation sur-table dédiée n'est pas disponible dans le commerce. Il est donc nécessaire de développer des solutions de test intégrées sur Silicium, afin de limiter les pertes induites par les accès au dispositif sous test. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif de concevoir, en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics, un banc de caractérisation en bruit in-situ. Ce dernier est composé d’un récepteur de bruit, d’un synthétiseur d'impédances, d’un amplificateur faible bruit ainsi que d’une source de puissance. L'extraction des quatre paramètres de bruit d'un transistor bipolaire est alors effectuée grâce à plusieurs étapes de filtrage. Enfin, les perspectives liées à ces travaux de recherche sont évoquées, en particulier l'intégration du banc in-situ dans des sondes de test permettant de caractériser de manière industrielle. / The progress of the silicon technologies allows today the design of electronic circuits working in the millimeter-wave frequency band, thanks to more and more efficient components. These evolutions are possible thanks to the performances of transistors, which operating frequencies beyond 300 GHz. To insure the design of circuits which size decreases drastically from technology to technology, the available components, and more particularly transistors, must be faithfully modelled. Their modelling is based on characterizations in S parameters, power and noise. The noise characterization of transistors allows to know their noisy behaviors by extracting their four noise parameters. In the D-band (110-170 GHz), the commercial characterization tools are not available. Thus, it is necessary to develop integrated test solutions on silicon in order to limit losses due to accesses and probes and make the measurement suitable. This thesis research aimed at designing, with the BiCMOS 55 nm technology of STMicroelectronics, an in-situ noise characterization bench. The latter consists of a noise receiver, an impedance synthesizer, a low noise amplifier as well as a D-band power source. The extraction of four noise parameters of a bipolar transistor is then made thanks to several steps of filtering. Finally, the perspectives bound to these research works are evoked, in particular the integration of the in-situ bench in test-probes allowing to characterize in an industrial way.

Cette thèse apporte une contribution à l'évaluation des potentialités de filières SiGe de type BiCMOS pour les futures applications de télécommunications en bande millimétrique. Dans ce cadre, les topologies équilibrées ou différentielles sont très attrayantes, en raison de leur bonne immunité aux perturbations électriques et électromagnétiques. La montée en fréquence des applications hyperfréquences sur silicium s'accompagne de nouvelles difficultés. Les pertes introduites par les éléments passifs augmentent et les performances des structures différentielles classiques chutent très rapidement. Il est alors nécessaire d'exploiter d'autres techniques et de rechercher des topologies innovantes permettant la réalisation de fonctions équilibrées performantes. Une première partie est consacrée à l'évaluation des potentialités des différentes technologies d'interconnexions (microruban, guides coplanaires et lignes à rubans coplanaires) exploitables pour la conception de circuits monolithiques sur silicium. Dans un second temps, une bibliothèque d'inductances optimisées pour une utilisation en bande K et Ka est constituée. Les mécanismes physiques à l'origine des pertes dans ce type d'élément sont détaillés afin de dégager les solutions permettant d'améliorer leurs performances. Une deuxième partie traite de l'optimisation des performances des circuits différentiels pour les futures applications dans la gamme 20-40 GHz. Dans un premier temps, nous détaillons les caractéristiques hautes fréquences du transistor qui pénalisent le fonctionnement d'une structure différentielle classique. Des topologies de structures différentielles originales permettant de résoudre ce problème sont ensuite proposées. Ces structures sont appliquées à la conception d'un diviseur de puissance actif 180° original, optimisé pour une fréquence centrale de fonctionnement de 20 GHz. Enfin, un convertisseur de fréquences 20 GHz vers 1 GHz a été conçu et réalisé. Celui-ci intègre, outre le mélangeur, le s trois coupleurs actifs 180° nécessaires à la génération / recombinaison des signaux différentiels utiles au mélangeur. La caractérisation de ce convertisseur de fréquences démontre la pertinence des configurations choisies pour les interconnexions ainsi que le grand intérêt des structures différentielles originales mises en Suvre.

La réalité d’amélioration de la qualité par le design de procédé (QdB) ainsi que l’apprentissage et le contrôle des variables critiques devient de plus en plus prédominant dans le milieu pharmaceutique. En effet, les risques associés à la mentalité d’analyse traditionnelle sur le produit fini uniquement et l’avènement des techniques d’analyse de procédés (PAT) ouvrent la voie à un contrôle plus complet et en temps réel de la qualité, tel que recommandé par les instances règlementaires. Ceci implique des économies d’échelle pour l’industrie étant donné la réduction des efforts (temps et argent) associés à l’analyse laboratoire par les techniques conventionnelles. Les appareils spectroscopiques constituent une technologie très utile pour l’analyse d’une formulation étant donné qu’ils sont généralement non-invasifs et non-destructifs. Dans le cadre de ce projet de recherche, il sera question de l’évaluation et du développement de la technique light-induced fluorescence spectroscopy (LIFS) afin de déterminer en-ligne la faible concentration d’un ingrédient actif dans une étape de mélange. Pour se faire, il sera tout d’abord nécessaire d’établir des modèles de calibration et d’évaluer l’impact des facteurs environnementaux et physico-chimiques sur les performances de ceux-ci, ainsi que sur le phénomène de photoblanchiment. Suite à une analyse de sensibilité, il sera possible d’élaborer un modèle optimisé et robuste. La méthodologie pour atteindre ces objectifs est la suivante : détermination des longueurs d’onde d’opération (excitation et émission); acquisition de spectres en mode dynamique, mais aussi en mode statique en faisant varier les paramètres de concentration, d’humidité, de taille de particule et de pression appliquée; traitement des données par analyse multivariée; établissement d’un modèle de calibration et validation de celui-ci par des essais à l’échelle pilote. La technologie LIFS, mais surtout son utilisation comme PAT, est très novatrice. De plus, les instruments développés antérieurement n’ont pas donné les résultats escomptés, ce qui renforce la pertinence de continuer les efforts de développement. Plus encore, le phénomène de photoblanchiment est encore mal défini et très peu d’études ont été faites sur des mélanges de poudres. En établissant de façon claire l’impact des différents facteurs sur la justesse, la précision, la répétabilité et la robustesse du modèle et de l’appareil, il sera possible de développer une technologie fiable permettant de quantifier des molécules fluorescentes en faible concentration dans un mélange particulaire.

Ce travail concerne le développement, la mise au point et la modélisation d’un procédé de précipitation de nanoparticules. Le précipité « modèle » étudié est la magnétite (Fe3O4). La méthode chimique de Massart est choisie pour fabriquer les nanoparticules de magnétite, car elle est déjà bien étudiée. Un procédé de précipitation est conçu en réacteur semi-fermé et à recirculation du fluide de la cuve, permettant ainsi de réaliser un mélange intensif des fluides réactifs par des mélangeurs rapides (un tube en T et deux mélangeurs Hartridge-Roughton de tailles différentes). Différents paramètres opératoires sont testés pour déterminer leur influence sur la qualité du précipité. De nombreuses techniques analytiques sont mises en œuvre pour déterminer les propriétés des nanoparticules obtenues. Les résultats montrent que, malgré une chimie inchangée, le type de microréacteur choisi influence sensiblement la qualité des nanoparticules élémentaires et des agglomérats de magnétite. Le potentiel de nano-adsorption de la magnétite est aussi étudié et se révèle prometteur. Enfin, la modélisation hydrodynamique des mélangeurs rapides est réalisée par CFD / The present work is focused on developing and modeling a precipitation process for the production of magnetite (Fe3O4) nanoparticles. The Massart chemical method is chosen to obtain the magnetite nanoparticles owing to its detailed study on the reaction parameters. A semi-batch reactor with a recirculation system is chosen to realize this precipitation process and rapid mixers (T mixer and Hartridge-Roughton mixers of different dimensions) are used to provide an intensive mixing of reagent fluids. Different operating parameters are tested to determine their influences on the precipitate quality. Many analytic techniques are employed to determine the properties of obtained nanoparticles. The results indicate that, without changing of chemical parameters, the quality of magnetite elementary nanoparticles and agglomerates depend sensibly on the type of microreactors utilized. In addition, the magnetite nanoparticles are considered to be a hopeful nanoadsorbent and the related tests are studied. Finally, the CFD technique is used to model the hydrodynamic behaviors of the rapid mixers

Grâce à leurs propriétés mécaniques et électroniques élevées, les NanoTubes de Carbone (NTC) semblent être les nanocharges idéales pour conférer des propriétés optimum à des matériaux composites, en particulier ceux qui sont élaborés à partir de matrices élastomères. Cependant, pour obtenir une amélioration significative des propriétés une bonne dispersion dans la matrice est nécessaire. La dispersion des NTC dans une matrice élastomère de type EPM est explorée ici en employant un copolymère statistique, le poly(éthylène-stat-acétate de vinyle) (EVA), comme agent dispersant. Les outils classiques de mélange des élastomères, mélangeur interne et mélangeur à cylindres, qui sont des techniques de mélange douces, ont été utilisés dans le cadre de cette étude. Nous avons montré qu’à faible taux de NTC dans la matrice leur dispersion était contrôlée par deux paramètres clés (i) la viscosité de la matrice EPM et (ii) la concentration en EVA. L’augmentation des concentrations de NTC a permis de mettre en évidence que les propriétés rhéologiques et électriques des nanocomposites variaient brusquement à partir de concentrations critiques (seuil de percolation) assez faibles permettant de justifier l’utilisation du système EPM-EVA sélectionné. Nous avons alors préparé un mélange maître EPM-EVA chargé à 20% en NTC possédant de très bonnes propriétés de conductivité. Des mélanges à base d’EPDM chargés par des nanotubes de carbone, du noir de carbone ou le mélange des deux ont également été analysés. Nous avons démontré que la dilution d’un mélange maître permet d’obtenir un élastomère chargé en NTC avec une viscosité Mooney constante et avec un impact fort sur la cinétique de vulcanisation de l’élastomère (accélération de la réaction). Un effet de synergie entre noir de carbone et NTC a été mis en évidence au niveau des propriétés mécaniques mais pas pour les propriétés électriques. / The outstanding properties of Carbon NanoTubes (CNTs) make them ideal candidates for use in nanocomposites, and particularly in those based on rubber matrix. However, to obtain an improvement of the properties, a good degree of dispersion of the CNT in the matrix is crucial. The CNT dispersion in an EPM rubber is investigated here by using a statistical copolymer, the ethylene-stat-vinyl acetate (EVA), as dispersing agent. In this study, we work with the classic methods used for rubber mixing, like an internal mixer and an open two roll mill, which are soft mixing techniques. At low CNT rate in the matrix, the dispersion is controlled by two parameters such as the EPM matrix viscosity and the EVA concentration. The rheological and electrical properties varied abruptly when the CNT concentration is increased in the matrix. The low values obtained for this percolation threshold justify the use of EPM-EVA system. We have prepared an EPM-EVA master batch loaded with 20% of CNT and possessing very good conductive properties. We studied EPDM compound filled with carbon nanotubes, carbon black or the blend of both. We have demonstrated that the dilution of the master batch allows us to obtain a rubber filled with a constant Mooney viscosity but with an important impact on the vulcanization kinetics of elastomers. The synergistic effect between carbon black and carbon nanotubes has been shown on the mechanicals properties but not on the electrical ones.

L'objectif de ce travail est une approche pluridisciplinaire dans le but de comprendre l'impact des phénomènes microscopiques, l'interaction charge-matrice avec ou sans agent de couplage et la dispersion des charges sur les propriétés macroscopiques. La caractérisation de l'impact de la stratégie de mélange avec ou sans un agent de couplage, la cinétique, l'état final et les différents scénarii de dispersion possibles sont ainsi étudiés. L'incorporation de microperles de silice dans une matrice SBR est réalisée dans un mélangeur interne. Finalement, la silice est dispersée à l'échelle nanométrique (10-100 nm). Les nanocomposites obtenus sont alors caractérisés par des techniques complémentaires (spectroscopie mécanique, MET, mesure du taux d'élastomère lié à la charge) dans le but de caractériser quantitativement les interactions charge-matrice et charge-charge. L'outil rhéologique est un outil très sensible pour caractériser l'évolution de la dispersion de charges dans une matrice élastomère. En particulier, le module de conservation G' montre un plateau significatif pour les faibles fréquences de déformation. Ce plateau est très sensible à l'état de dispersion ainsi qu'à la nature des interactions entre les charges. En couplant les mesures rhéologiques, l'analyse d'image faite sur des photos MET et la mesure du taux d'élastomère lié, il est possible d'établir un scénario de dispersion de la silice dans l'élastomère en fonction des conditions de mélange et de mettre en évidence les paramètres élémentaires de la dispersion impliqués. En complément, la modélisation de certains modules montre toute sa pertinence dans la caractérisation de la rupture des agglomérats ou de l'évolution des interactions charge-charge au cours du mélangeage. Enfin, la dimension fractale des réseaux de charges obtenus est déterminée à partir de nos descripteurs de la dispersion.

La motivation principale de cette thèse était de pouvoir simuler numériquement les procédés de mise en œuvre des propergols, comme le mélange et le remplissage de Booster. La viscosité de ce type de fluide implique durant la phase de remplissage l'apparition d'oscillations toroïdales caractéristiques du phénomène appelé Fluid Buckling. Ce phénomène est particulièrement difficile à représenter numériquement car l'interface entre le fluide et l'air présente une surface libre dont la complexité augmente avec le temps. C'est pourquoi, c'est cet exemple qui a été choisi pour valider l'efficacité d'une méthode numérique de représentation des surfaces libres. Nous avons pour cela choisit d'implémenter dans la librairie de calcul CimLib une méthode de type Level Set. Celle-ci a pour particularité d'effectuer l'étape de convection et l'étape de réinitialisation, indispensables à ce type de résolution, simultanément. De plus, la fonction distance a été tronquée aux alentours de l'interface à l'aide d'une fonction sinus, obtenant ainsi une fonction niveau sinusoïdale auto-déterminante. La résolution est stabilisée à l'aide d'une méthode de type SUPG. L'implémentation finale de la méthode est facilitée puisque le problème est réduit à une unique équation de convection d'une fonction Level Set Locale. Après une série de tests classiques de validation de méthode de surface libre, notre méthode a donc été validée en 2 et 3 Dimensions en simulant l'apparition du Fluid Buckling. La méthode a ensuite été implémentée dans les deux logiciels de simulation et validée sur des cas tests industriels prédéfinis de remplissage et de mélange. Les défauts obtenus numériquement correspondent à ceux attendus expérimentalement. La méthode est aujourd'hui utilisée pour simuler de nombreux autres procédés et a montré sa robustesse particulièrement dans des procédés multifluides. Afin d'optimiser la visualisation des défauts d'interfaces et de diminuer les temps de calcul, on peut envisager comme suite de ces travaux de recherche l'adaptation du maillage à proximité de l'interface et du pas de temps, le tout de façon automatique.

Les mini ou nanoémulsions sont des systèmes fréquemment rencontrés dans différents domaines : cosmétique, pharmaceutique, biomédical... Plusieurs procédés permettent la préparation de nanoémulsions. Cependant, ils présentent tous des limitations en termes de taille des gouttelettes, d'énergie de mélange, de rapport de viscosité entre les phases dispersées et continues, de gamme de pression à appliquer... Ce travail s'intéresse au développement d'un nouveau dispositif basé sur un écoulement élongationnel pour l'élaboration de miniémulsions de monomères. La démarche a consisté d'abord à étudier l'influence des paramètres liés au procédé proprement dit puis à la formulation du système sur la taille des gouttelettes. Cette étude a permis de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la fragmentation des gouttes. Une analyse dimensionnelle a ensuite été développée afin de corréler les tailles obtenues aux paramètres étudiés, par l'utilisation des nombres adimensionnels appropriés. Finalement, des expériences de synthèse en miniémulsion ont été conduites pour tenter de combiner dans le même dispositif les fonctions d'émulsificateur et de réacteur de polymérisation, dans une perspective d'intensification du procédé.

Le contrôle de la porosité des supports de catalyseurs est un enjeu important dans l'industrie du raffinage. L'objectif de cette thèse est de développer un nouveau procédé de précipitation afin d'obtenir des alumines γ présentant des propriétés texturales originales vis-à-vis de celles préparées de façon conventionnelle par précipitation de boehmite en réacteur agité. Pour cela, les influences combinées du précurseur, de la technologie de mélange et du temps de micromélange sur les propriétés physiques du produit final ont été étudiées. Ce travail de thèse propose donc une comparaison de trois technologies de mélange : un réacteur agité conventionnel, un réacteur à disque tournant et un disperseur rotor-stator. Les gammes de temps de micromélange accessibles avec chacun de ces réacteurs sont déterminées par la méthode iodure-iodate. L'étude porte sur la précipitation de deux précurseurs de l'alumine : la boehmite, classiquement utilisée, ainsi que la NH4-dawsonite, dont l'intérêt pour la préparation de supports de catalyseurs est plus récent. Leur solubilité est estimée dans la mesure du possible à l'aide des données thermodynamiques de la littérature. Dans le cadre de cette étude préliminaire, un modèle de suivi de la sursaturation en fonction du temps de micromélange est mis en place à l'aide des équations cinétiques de la précipitation de la boehmite. La caractérisation de la NH4-dawsonite précipitée en réacteur agité met en évidence l'intérêt de ce précurseur pour obtenir des alumines à forte porosité présentant des diamètres poreux moyens entre 10 et 30 nm. Une nuance est toutefois apportée aux fortes surfaces spécifiques généralement revendiquées sur ce matériau dans la littérature. Malgré tout, les propriétés texturales de l'alumine ex-dawsonite présentent une évolution thermique atypique lui permettant de se démarquer de l'alumine ex-boehmite. L'étude de la précipitation en mélangeur rapide met en évidence une grande différence de comportement entre les deux précurseurs. Contrairement à la boehmite, la forte sensibilité de la NH4-dawsonite au temps de micromélange permet d'obtenir une large gamme de propriétés texturales. Ce travail de thèse confirme donc l'intérêt de la NH4-dawsonite comme précurseur alternatif de l'alumine pour obtenir des propriétés texturales originales. L'utilisation de plusieurs systèmes précurseur / technologie de mélange s'avère également prometteuse pour couvrir une large gamme de propriétés texturales / Control of catalyst supports porosity is an important challenge for the refining industry. The aim of this thesis is to develop a new precipitation process in order to obtain γ-alumina supports exhibiting new textural properties compared with those prepared by the conventional boehmite precipitation route in stirred tank reactor. For that purpose, combined influences of precursor, mixing technology and micromixing time on the final product physical properties were studied.Three mixing technologies were compared: a classic stirred tank reactor, a sliding surface mixing device and a rotor-stator mixer. Micromixing time ranges achievable with each of these reactors were determined using the iodide-iodate method. The study focused on the precipitation of two alumina precursors: boehmite, usually used, and NH4-dawsonite, which interest for catalyst supports preparation is quite recent. A model was developed to simulate the supersaturation evolution as a function of the micromixing time, based on boehmite precipitation kinetic equations.Characterization of NH4-dawsonite precipitated in a stirred tank reactor confirmed this precursor interest in order to prepare high porosity aluminas with mean pore diameters ranging between 10 and 30 nm. Study of the precipitation conducted in fast contacting mixers highlighted a significant difference in the behaviour of both precursors. Contrary to boehmite, NH4-dawsonite high sensitivity to micromixing time led to a wide range of textural properties.This thesis work therefore confirms the NH4-dawsonite potential as an alternative alumina precursor in order to reach new textural properties. The use of several precursor / mixing technology systems has also proven promising to cover a wide range of textural properties