La technologie de production du lait en poudre hydrolysé au lactose a été développée pour répondre aux besoins des consommateurs intolérants au lactose. Bien que le produit soit actuellement commercialisé dans certains pays, le secteur est confronté à des problèmes technologiques lors de la production et du stockage de la poudre, tels que l'agglomération, la prise en masse, le brunissement, une hygroscopicité élevée, un faible rendement de production et une perte de propriétés technofonctionnelles. Dans ce contexte, deux objectifs principaux ont été assignés aux travaux de cette thèse: (i) optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose; (ii) comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne du lait en poudre hydrolysé au lactose à l'échelle moléculaire. Afin d’optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose, les échantillons de poudre ont été soumis à diverses conditions de séchage: débits de lait concentré variant de 0,3 à 1,5 kg and h -1 et température d’entrée de l’air allant de 115 à 160 °C. Ensuite, une caractérisation thermodynamique du processus de séchage a été réalisée en utilisant les équations de bilan massique et énergétique. Pour comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne de la poudre après séchage et pendant le stockage, nous avons analysé l'organisation et la dynamique des molécules dans le lait en poudre hydrolysé au lactose en examinant l'aspect et la structure des échantillons de poudre et leurs propriétés techno-fonctionnelles. Tout au long des expériences, le lait en poudre traditionnel a été utilisé comme témoin. Dans cette étude, il a été observé que les paramètres idéaux pour la production de lait en poudre hydrolysé au lactose étaient les suivants: température de l'air entrant à 145 ° C et débit de 1,0 kg h-1. Cette découverte renforce l'idée selon laquelle les conditions de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose sont différentes de celles utilisées pour la fabrication du lait en poudre traditionnel. Il a également été observé que les molécules présentes dans le lait en poudre hydrolysé au lactose présentaient une organisation moléculaire plus homogène par rapport au lait en poudre traditionnel et permettaient une plus grande interaction protéine-sucre. Dans des conditions de vieillissement accéléré de la poudre hydrolysée, la glycation des protéines était le processus initial qui a déclenché les principales modifications observées dans le lait en poudre hydrolysé au lactose pendant le stockage. / The production technology of lactose hydrolyzed milk powder has been developed to meet the needs of lactose intolerant consumers. Although the product is currently marketed in some countries, the industry faces technological issues during the production and storage of the powder such as agglomeration, caking, browning, high hygroscopicity, low production yield and loss of techno-functional properties. In this context, two main objectives were assigned to the work of this thesis: (i) to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder; (ii) to understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of lactose hydrolyzed milk powder on a molecular scale. In order to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder, powder samples were subjected to various drying conditions: concentrated milk flow rates varying from 0.3 to 1.5 kg∙h -1 and inlet air temperature ranging from 115 to 160 °C. Then, a thermodynamic characterization of the drying process was carried out using the equations of mass and energy balance. To understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of the powder after drying and during storage, the organization and dynamics of the molecules in lactose hydrolyzed milk powder were analyzed by examining appearance and structure of the powder samples and their techno-functional properties. Throughout the experiments, traditional milk powder was used as a control. In this study, it has been observed that the ideal parameters for lactose hydrolyzed milk powder production were: inlet air temperature at 145 ° C and 1.0 kg ∙ h-1 flow rate. This finding reinforces the idea that the drying conditions of lactose hydrolyzed milk powder are different from those used to make traditional milk powder. It was also observed that molecules present in milk powder hydrolyzed with lactose presented a more homogeneous molecular organization compared to traditional milk powder and allowed for greater protein-sugar interaction. Under accelerated aging conditions of the hydrolyzed powder, the protein glycation was the initial process that triggers the main modifications observed in lactose hydrolyzed milk powder during storage.

Les mesures satellitaires d'épaisseur optique en aérosols (AOT) conviennent à la surveillance globale journalière du contenu atmosphérique en particules. L'objectif de notre étude a été d'évaluer la capacité satellitaire à estimer la pollution en aérosols en termes de catégories de qualité de l'air. Ces dernières sont définies grâce aux mesures de concentration massique des particules de rayon aérodynamique inférieur à 2.5 µm au sol (PM2.5). Nous avons d'abord utilisé les mesures photométriques du réseau AERONET/PHOTONS pour caractériser les propriétés optiques et microphysiques des aérosols en Europe de l'Ouest et leur influence possible sur la relation entre PM2.5 et AOT. La comparaison des mesures d'AOT restituées par différents radiomètres satellitaires (principalement POLDER) aux mesures de PM2.5 au-dessus de la France a permis, non seulement de définir une relation statistique directe entre ces deux types de mesures mais aussi d'élaborer un seuil d'AOT satellitaire (égal à 0.17) au-dessus duquel la pollution peut être qualifiée de «Modérée» d'avril à octobre 2003, 2005 et 2006. Nous avons enfin estimé la masse en particules au sol à partir de la mesure d'AOT satellitaire et l'information de distribution verticale des particules, d'une part, simulée par le modèle de chimie-transport CHIMERE et d'autre part, mesurée par le LIDAR spatial CALIOP. Alors que le modèle CHIMERE n'améliore pas significativement la corrélation entre mesures d'AOT satellitaires et de PM2.5, l'utilisation des profils restitués par CALIOP montre l'importance de prendre en compte la distribution verticale des aérosols dans l'élaboration d'un produit satellitaire de qualité de l'air. / Satellite measurements of aerosol optical thickness (AOT) are weil suited for global daily monitoring of atmospheric particle load. The goal of this study is to evaluate the satellite's capability to monitor aerosol pollution in terms of air quality categories. Those last ones are defined using the particulate mass concentration concerning particles smaller than about 2.5 ,um in aerodynamic diameter (PM2.5). We have first used the photometric meàsurements provided by the AERONET/PHOTONS network to characterise the optical and microphysical properties of aerosols over Western Europe and their possible impact on the relationship between PM2.5 and AOT measurements. The comparison between AOT measurements derived from different satellite radiometers (mostly POLDER) and PM2.5 measurements over France has allowed us the definition of a statistical relationship between those two measurements. Thanks to this relationship, we have elaborated a threshold of satellite AOT measurements (0.17) over which pollution can be qualified as « Moderate» from April to October 2003,2005 and 2006. We have finally assessed particulate mass at the ground using satellite AOT measurements and vertical distribution of aerosols simulated by the CHIMERE chemistrytransport model on the one hand and on the other, measured by CALIOP spatial LIDAR. While the CHI MERE model has not improved significantly the correlation between satellite AOT and PM2.5 measurements, the use of profiles derived from CALIOP has shown the importance of taking into consideration the vertical distribution of aerosols in the elaboration of a satellite air quality product.

La perfusion intraveineuse (IV) est un acte de soins courant dans les services cliniques mais non dépourvu de risque. De nombreux paramètres influencent la vitesse d’administration (ou débit massique) des médicaments perfusés, en particulier les dispositifs médicaux employés pour l'administration d'un ou plusieurs produits. De part leurs caractéristiques, ces dispositifs peuvent générer des fluctuations plus ou moins importantes du débit massique du produit au cours de sa perfusion.La première partie de ce travail est une analyse de la littérature concernant l'impact des dispositifs médicaux sur le débit massique des médicaments délivrés par voie IV. Une revue systématique de la littérature sur cette thématique a retrouvé des études essentiellement in vitro portant sur tout facteur susceptible de modifier le débit ou la concentration du médicament administré.La première partie de nos travaux expérimentaux est consacrée à la prévention des variations intempestives du débit massique de la solution médicamenteuse perfusée au patient par voie IV. Le premier travail a montré in vitro la capacité d'un nouveau dispositif de perfusion multilumière à très faible volume interne (Multiline-8, Doran International, France) à prévenir les variations intempestives de débit massique dans un contexte de multiperfusion et lors d'un arrêt/reprise de l'hydratation. Le second travail a démontré in vitro l'impact de la conception du montage de perfusion sur la précision des doses de morphine administrées en analgésie contrôlée par le patient. L'utilisation d'un montage en Y à faible volume interne améliore significativement la précision de la dose de morphine délivrée lors des bolus et réduit la délivrance de morphine lors des périodes réfractaires. Ainsi, l'utilisation de dispositifs médicaux de perfusion à faible volume interne limite les variations de débit massique et par conséquent, leur impact clinique.La seconde partie de nos travaux est axée sur la prévention des incompatibilités médicamenteuses lorsque plusieurs traitements sont administrés simultanément. Le premier travail mené dans cette thématique a montré in vitro la capacité de dispositifs de perfusion multilumières à prévenir la survenue d'une incompatibilité physico-chimique entre deux médicaments réputés incompatibles (furosémide/midazolam). Nos résultats indiquent que trois facteurs ont un impact sur la compatibilité physique entre les produits : la concentration du médicament, le débit d'hydratation et la conception du dispositif de perfusion. Notre principale hypothèse est que les conditions de mélange des fluides diffèrent selon le dispositif de perfusion, modifiant le temps de contact entre les deux médicaments et la solution saline. Le second travail consiste en une quantification in vitro de la perte de médicament lors d'une incompatibilité médicamenteuse avec l'exemple de l'incompatibilité physique entre le furosémide et le midazolam. Notre étude a révélé que l'incompatibilité physique entre deux médicaments peut conduire à une réduction significative des quantités de produit délivrées au patient, même en l'absence de particules visibles. En effet, la précipitation du furosémide responsable de la formation de particules visibles et/ou non visibles a entraîné une perte du médicament estimée entre 10 et 15 %, en présence de midazolam. La prévention des incompatibilités constitue un enjeu majeur pour garantir la sécurité et l'efficacité des produits injectés.Les résultats de l'ensemble de nos études menées in vitro doivent être validés dans un contexte clinique afin de déterminer les conséquences du choix du dispositif sur l'efficacité et la sécurité des thérapeutiques IV administrées au patient. / Intravenous (IV) infusion is a common medical act in clinical wards, although not without risk. Many factors affect drug delivery rate (or drug mass flow rate), especially medical devices used to administer one or more drugs. By their very features, these devices may generate more or less significant variations in drug mass flow rate during infusion.The first part of this work consisted in analysing published literature dealing with the impact of medical devices on drug mass flow rate when delivered intravenously. This systematic review revealed mainly in vitro studies on all factors likely to alter the flow rate or concentration of the drug infused.The first stage of our experimental work is dedicated to preventing hazardous disturbances in the mass flow rate of the drug solution infused intravenously to the patient. It showed in vitro the ability of a new multi-lumen infusion access device with a very low internal volume (Multiline-8, Doran International, France) to prevent such disturbances in drug delivery in the context of multi-infusion therapy and when interrupting and resuming carrier fluid flow. The second stage demonstrated in vitro the impact of infusion set characteristics on the accuracy of morphine doses in patient-controlled analgesia. The use of a low dead space volume Y-set significantly improved the accuracy of the morphine dose delivered during bolus and reduced morphine infusion during lockout intervals. Thus, the use of infusion devices with a very low internal volume minimises variations in drug mass flow rate and consequently, clinical impact.The second part of our work focused on the prevention of drug incompatibilities when several treatments are administered simultaneously. The first task accomplished on this topic showed in vitro the ability of multi-lumen infusion access devices to prevent the occurrence of physicochemical incompatibility between two drugs known to be incompatible (furosemide/midazolam). Our results indicate that three factors impact on physical compatibility between drugs: drug concentration, carrier flow rate and the design of the infusion device. Our main hypothesis is that fluid dynamics differ according to infusion devices which modify contact time between the two drugs and saline. The second task was an in vitro quantification of drug loss in the case of drug incompatibility using the example of furosemide and midazolam. Our study revealed that physical incompatibility between two drugs can lead to a significant reduction in drug delivery to the patient, even in the absence of visible particles. Indeed, furosemide precipitation resulting in the formation of visible and/or sub-visible particles led to a drug loss to the patient estimated at between 10% and 15% when midazolam was present. Preventing incompatibilities is a major challenge to ensure the safety and effectiveness of injectable drugs.The results of the whole of our in vitro studies must be validated in a clinical setting to determine the extent to which the choice of device affects the efficiency and safety of IV therapeutics administered to the patient.

Une atmosphère saine est un besoin élémentaire pour le bien être et la santé humaine. La matière particulaire en suspension (Particle Matter, PM) est bien connue pour avoir un impact significatif sur la santé. Les mesures de PM2.5 et PM10 au niveau du sol reflètent l’influence de la dynamique de la couche limite et du mélange des aérosols locaux ou advectés sur de grandes distances. Le lien entre épaisseur optique en aerosol (aerosol optical thickness, AOT) et PM dépend de la relation entre propriétés optiques et massiques et de la distribution verticale des particules dans l’atmosphère. Nous présentons 3 expériences de terrain dédiées à la caractérisation des aérosols de pollution dans le Nord de la France: la première lors d’un évenement de pollution printanier sur Lille, la seconde durant un événement de pollution hivernal sur Dunkerque et la troisième durant des occurrences de brise de mer sur le littoral Dunkerquois. Nous avons utilisé 2 systèmes Lidar différents, le premier dans le visible (532 nm) et le second dans l’UV (355 nm); un photomètre solaire automatique et des mesures de PM2.5 et PM10 par TEOM. L’altitude supérieure de la couche de mélange (Mixed boundary layer, MBL) est détectée par Lidar et nous avons été capable de suivre le développement classique de la couche limite convective ainsi que des décroissances brutales d’altitude de la MBL dues à la brise de mer. Les profils d’extinction aérosols ont été estimés en utilisant un rapport Lidar de 67 sr à 532 nm à Lille, 77 sr à 532 nm et 30 sr à 355 nm à Dunkerque. Nous avons analysé l’impact du transport grande échelle de masses d’air polluée, du développement convectif de la MBL et du développement de la cellule de brise de mer sur les profils verticaux d’extinction en aérosols. Le signal Lidar dans les premières centaines de mètres est très bien corrélé (coefficient de corrélation supérieur à 0.9) avec les concentrations massiques mesurées au sol dans tous les cas. Il est également montré que l’introduction de la hauteur de la MBL permet une meilleure détermination des PM à partir de l’épaisseur optique. / Clean air is considered to be a basic requirement for human health and well-being. Particulate matter is known to have a significant impact on health. The variability of Particle Matter (PM2.5 and PM10) concentrations recorded at ground-level is influenced by the boundary layer dynamics, local emissions, and advection and mixing of large scale transported aerosols. The link between columnar aerosol optical thickness (AOT) and ground-level PM depends on the relationship between mass and optical properties and on the vertical distribution of aerosols in the atmosphere. We present three field experiments dedicated to the characterization of pollution aerosols in the North of France: the first one during a spring pollution episode in metropolitan area of Lille (50.61°N, 3.14°E), the second one during a winter pollution episode in the industrial coastal city of Dunkerque (51°04'N; 2°38'E) and the third one during summer sea breezes on coastal area of Dunkerque. We have used 2 different Lidar systems, one in the UV (355 nm) and the other one in the visible (532 nm), an automatic sun photometer, and PM2.5 and PM10 measurements with TEOM. The mixed layer (MBL) top altitude is detected from the Lidar signal and we were able to monitor the classical diurnal evolution of the convective continental boundary as well as short-time decreases in the MBL height due to sea breeze occurrences. The aerosol extinction profiles were estimated using a Lidar ratio of 67 sr at 532 nm in Lille, and 77 sr at 532 nm and 30 sr at 355 m in Dunkerque. We have analyzed the impact of long range transport of polluted air masses, convective development of the MBL, and sea breeze development on the vertical profile of aerosol extinction coefficient. The Lidar signal in the first few hundred meters is well correlated (correlation coefficient above 0.9) with the PM concentrations in all cases. It is found that introducing the Lidar derived MBL height enable a better estimation of PM from measured AOT. Clean air is considered to be a basic requirement for human health and well-being. Particulate matter is known to have a significant impact on health. The variability of Particle Matter (PM2.5 and PM10) concentrations recorded at ground-level is influenced by the boundary layer dynamics, local emissions, and advection and mixing of large scale transported aerosols. The link between columnar aerosol optical thickness (AOT) and ground-level PM depends on the relationship between mass and optical properties and on the vertical distribution of aerosols in the atmosphere. We present three field experiments dedicated to the characterization of pollution aerosols in the North of France: the first one during a spring pollution episode in metropolitan area of Lille (50.61°N, 3.14°E), the second one during a winter pollution episode in the industrial coastal city of Dunkerque (51°04'N; 2°38'E) and the third one during summer sea breezes on coastal area of Dunkerque. We have used 2 different Lidar systems, one in the UV (355 nm) and the other one in the visible (532 nm), an automatic sun photometer, and PM2.5 and PM10 measurements with TEOM. The mixed layer (MBL) top altitude is detected from the Lidar signal and we were able to monitor the classical diurnal evolution of the convective continental boundary as well as short-time decreases in the MBL height due to sea breeze occurrences. The aerosol extinction profiles were estimated using a Lidar ratio of 67 sr at 532 nm in Lille, and 77 sr at 532 nm and 30 sr at 355 m in Dunkerque. We have analyzed the impact of long range transport of polluted air masses, convective development of the MBL, and sea breeze development on the vertical profile of aerosol extinction coefficient. The Lidar signal in the first few hundred meters is well correlated (correlation coefficient above 0.9) with the PM concentrations in all cases. It is found that introducing the Lidar derived MBL height enable a better estimation of PM from measured AOT.

La diffusivité massique est l'une des propriétés physiques qui permet de caractériser les transferts de masse au sein des milieux poreux. Bien que cette grandeur physique soit méconnue, sa mesure est indispensable lors de la modélisation de nombreux procédés tels que le séchage, l'imprégnation, les transferts hydriques à travers l'enveloppe des bâtiments, etc. Dans ce travail de thèse, une méthode de mesure en routine du coefficient de diffusion du matériau bois, dans le domaine hygroscopique, est proposée. Cette évaluation de la diffusivité massique repose sur une méthode inverse qui s'articule en trois étapes complémentaires: l'expérimentation, l'analyse des données expérimentales à partir d'un code numérique nommé TransPore (code de simulation des transferts couplés de chaleur et de masse en milieux poreux) et enfin la détermination du coefficient de diffusion par minimisation de l'écart entre les données expérimentales et celles simulées. L'expérimentation s'appuie sur la mesure de la résistance électrique d'un échantillon de bois en régime transitoire. Un mégohmmètre combiné à un multiplexeur permet de faire les mesures sur plusieurs échantillons à la fois. La version 1-D du code de calcul TransPore permet de calculer la résistance électrique de chaque échantillon de bois grâce au champ de teneur en eau simulée à partir des conditions réelles subies par les échantillons. L'algorithme du Simplex minimise l'écart entre les résultats expérimentaux et théoriques par le biais de l'ajustement de paramètres sensibles dont la diffusivité massique. La fiabilité de cette nouvelle méthode a été établie grâce à la technique de pesée très utilisée pour déterminer la diffusivité massique. L'efficacité de la méthode a permis de caractériser six essences de bois tropicaux et six autres de bois tempérés. Des mesures sont également effectuées pour des bois de hêtre et d'épicéa traités thermiquement et mettent en évidence certaines limites de cette nouvelle méthode de détermination du coefficient de diffusion. En revanche, la technique traditionnelle de pesée donne des résultats tout à fait probants et montre que le traitement thermique réduit d'au moins 60% le coefficient de diffusion massique du bois naturel.

La perturbation des écoulements au voisinage de la paroi artérielle équipée d'un stent joue un rôle prépondérant dans l'apparition et le développement des complications liées aux maladies cardiovasculaires (sténose, resténose, thrombose...). La topologie de l'écoulement dans ces régions est très complexe. En effet, au voisinage du stent, des zones de recirculation se forment en amont et aval de chaque branche et les contraintes pariétales y sont très faibles. Des études in vivo et in vitro ont mis en évidence le rôle de ces caractéristiques de l'écoulement intra-stent sur les maladies cardiovasculaires. Pour cela, la bonne estimation des contraintes pariétales et la compréhension du comportement de l'écoulement intra-stent et son rôle dans le transfert du principe actif devraient permettre d'optimiser les traitements (design de la prothèse, principe actif...). L'approche numérique est une voie très utile pour étudier ces phénomènes. Cependant, la bonne précision du calcul dépend du choix du modèle d'écoulement, des conditions aux limites, de la géométrie du stent et de l'artère pour réaliser une simulation pertinente.Nous étudions ici dans un premier temps l'effet du choix du modèle hémodynamique sur les caractéristiques de l'écoulement intra-stent. Trois modèles numériques décrivant l'écoulement coronaire ont été utilisés. Ces modèles sont : un modèle stationnaire "MP", le modèle pulsé simplifié "MPS" et le modèle pulsé complet "MPC" basé sur l'analyse de Womersley. Nous avons ainsi montré l'importance de la prise en compte de l'instationnarité de l'écoulement mais au dépens d'un temps de calcul très accru. Dans un second temps, nous étudions expérimentalement l'écoulement intra-stent en utilisant la technique de mesure "PIV". Cette étude expérimentale a permis de confirmer les résultats numériques précédents. Au final, nous examinons numériquement l'effet de la pulsatilitié de l'écoulement sur les flux massiques libérés par les faces d'une branche de stent actif. Cette étude numérique a mis en exergue l'importance du couplage entre les recirculations et le transfert de masse vers la paroi artérielle. / The disturbance of the flow in the vicinity of the arterial wall equipped with a stent plays a key role in the onset and development of complications related to cardiovascular diseases (stenosis, restenosis, thrombosis...). The topology of the flow field in the intra-stent zone is very complex. Indeed, in the vicinity of the stent, recirculation zones form upstream and downstream of the stent strut where wall shear stress is very low. In vivo and in vitro studies have demonstrated the role of the in-stent flow features on cardiovascular diseases.The correct estimation of the wall shear stress, the understanding of the behavior of the in-stent flow and its role in the transfer of the drug are expected to help optimize treatments (stent geometry, drug composition...). The numerical approach (CFD) is a useful and versatile way to study these phenomena. However, the accuracy and the relevance of the results depend on the choice of the flow model, the boundary conditions and the stent and artery geometry.Firstly we study in this work the impact of the hemodynamic model on the in-stent flow characteristics. Three numerical models describing the coronary flow are used. These models are: the steady model "MP", the simplified pulsatile model "MPS" and the complete pulsatile model "MPC" based on Womersley's analysis. We show the importance of the pulsatility of the flow but at the expense of a high increase in the computing time. Secondly we study experimentally the in-stent flow using measurement technique "PIV". This experimental study confirms the previous numerical results. Finally we examine numerically the effects of the flow pulsatility on the mass fluxes released by the faces of a drug eluting stent. This numerical study highlights the importance of the coupling between the recirculation zones and the mass transfer into the arterial wall.

Les procédés de séparation à l’aide de membranes liquides sous forme d’émulsions doubles (DE) ont fait l’objet d’un examen approfondi en vue d’applications potentielles dans des domaines tels que la récupération des métaux, la séparation des gaz, l’élimination des composés organiques, l’élimination des polluants et les bioséparations. Les difficultés d’application de ces procédés ne concernent pas le caractère sophistiqué des équipements ou des installations, mais réside plutôt dans une bonne compréhension des phénomènes complexes qui se produisent à l’intérieur de ces systèmes. Depuis leur invention, d’importants efforts ont permis d’améliorer la modélisation des procédés de séparation par émulsions doubles. Toutefois, une représentation mathématique détaillée des phénomènes de diffusion/réaction au sein de ces systèmes restait inachevée. C’est pourquoi, l’objectif de cette thèse est de décrire le transport réactif d’un soluté au sein d’une émulsion double, constituée de trois phases, au moyen d’une modélisation permettant d’intégrer à l’échelle macroscopique les mécanismes aux échelles locales. La méthode de prise de moyenne volumique est utilisée pour établir rigoureusement les équations à l’échelle d’un continu équivalent dans le contexte des transferts hors équilibre massique local (NLME). La modélisation proposée dans ce travail repose sur deux philosophies distinctes. Dans un premier temps, les DES sont considérées comme des systèmes constitués par trois phases où les changements de concentration dans chacune d’entre-elles se produisent à la même échelle de longueur. Dans un deuxième temps, les DES correspondent à deux régions homogènes où les changements de concentration se produisent à deux échelles de longueur différentes. Deux modèles macroscopiques différents sont ainsi obtenus : le modèle à trois phases et celui à deux régions. Dans les deux cas, ces modèles font intervenir les coefficients effectifs de transport comprenant l’information aux petites échelles. Ces derniers sont liés aux variables de fermeture dont la détermination est obtenue par la résolution des problèmes de fermeture associés. Enfin, une analyse d’un procédé de séparation par contact dans un réservoir agité a été effectuée en appliquant les deux modèles. / Liquid membrane separations as Double Emulsions (DE) have been extensively examined for potential application in fields such as metal recovery, gas separation, organic compound removal, pollutant removal, and bioseparations. The difficulties in the application of these processes do not consist in sophisticated equipment or installation but in a good understanding of the complex phenomena that occur inside these systems. Since its invention, efforts have been made for successful modeling of DE process separation; however, information about the diffusion and reaction phenomena inside the DE has not been included in the mathematical descriptions in detail yet. Therefore, the objective of this thesis is to describe the solute transport with chemical reaction through DE systems by means of rigorous modeling that can provide with valuable information from the micro-scale to be applied at the macro-scale.To accomplish this, a DE system has been analyzed as a three-phase system characterized by more than one disparate length scales.The method of volume averaging has been used to derive rigorous averaged equations in the context of the non-local mass equilibrium (NLME). The structure of the DES has been studied from two different perspectives: 1) the DES as a single domain where concentration changes occur in the same length scale and 2) the DES consists in two homogeneous regions where concentration changes occur at two different length scales. As a result of these different standpoints of representing the system, two different averaged macroscopic models were obtained: the three-phase and the two-region models. Both models present effective coefficients that include information about the micro-scale. These latter are related to closure variables which are solutions of associated boundary-value problems. Finally, an analysis of a DE-containing separation process in a stirred tank by applying both models was made.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur la simulation sur maquette d'un panache d'incendie en tunnel par un panache massique formé par le rejet continu en canal d'un gaz léger (air-hélium). L'objectif de ces travaux est d'améliorer la technique de simulation à partir d'études théorique, expérimentale et numérique sur la dynamique d'un panache massique en champ libre ainsi qu'en milieu confiné ventilé.<br />Dans un premier temps, un modèle théorique de type intégral est développé pour décrire le comportement d'un panache massique se développant en champ libre, dans un fluide ambiant au repos et non stratifié. Ce développement théorique met en évidence que les évolutions avec l'altitude des caractéristiques du panache peuvent être déduites de celle d'un paramètre unique, la "fonction panache". Dans un second temps, des simulations numériques sont réalisées à l'aide du code de calcul Fire Dynamic Simulator (FDS) dans des situations de plus en plus complexes : panache massique d'hélium en champ libre puis en milieu confiné et ventilé (type tunnel). Les résultats de simulations numériques obtenus pour un milieu confiné et ventilé sont encourageants, en bon accord avec des données expérimentales. Les résultats numériques et expérimentaux, obtenus dans le cadre d'un projet de recherche national RGC&U, permettent de mettre en lumière les mécanismes à l'origine du caractère fortement tridimensionnel d'un panache d'incendie dans un tunnel ventilé longitudinalement. Enfin, dans le cadre des essais sur maquette, les règles de similitude pour la simulation d'un panache d'incendie réel par un panache massique sont établies à partir des équations physiques. Le foyer est modélisé par le rejet d'un mélange gazeux léger air-hélium dont les caractéristiques sont ajustées afin de correctement reproduire la masse volumique des fumées d'incendie.

Le tissu est réalisé par un entrecroisement, appelé armure [1], de 2 réseaux de fils, un longitudinal et un transversal 2D et de plus de 2 réseaux 3D. Les propriétés de ces tissus seront fonction de la quantité de fil insérable dans l'armure, quantité dont la limite doit être déterminée de façon précise. Hors, à ce jour, cette limite est très mal connue [2]. Donc, l'utilité principale du calcul des limites de tissabilité est de savoir si un tissu 2D ou 3D est réalisable ou non sur une machine à tisser. Les coefficients de difficulté permettent d'éviter des productions endommageant le matériel et aussi d'apprécier a priori les problèmes de rendement de production des articles proches des limites de tissabilité tel que les tissus techniques. Il est d'autre part possible de déduire certaines caractéristiques techniques de l'article réalisé. Ces calculs peuvent en effet quantifier le serrage des fils entre eux et permettre de déduire les caractéristiques mécaniques et physiques. Les raisons motivant ces recherches sont d'une part d'éviter un surcoût de production en essayant de tisser un article, 2D ou 3D, impossible à tisser et d'autre part de diminuer les casses des fils et l'usure des éléments de la machine à tisser à cause d'une surcharge sur le métier à tisser pendant l'opération de tissage. Après la mise en place d'un plan d'expérience de tissage, l'étude des propriétés mécaniques et physiques d'un nombre représentatifs de tissus 2D et 3D et la modélisation des structures tissées a permis de proposer de nouvelles équations de saturations et de limite de tissabilité en particulier pour le 3D [3]. Par ailleurs, à partir de ces équations, il est possible de prévoir, pour une contexture et une armure donnée en 2D ou 3D, la masse maximale de fil insérable dans le tissu ainsi que la difficulté qui sera rencontrée lors du tissage. Les relations théoriques nouvelles proposées, indices de saturation numérique et indice de saturation massique ont été confirmées par les résultats expérimentaux et Il a été conclu que les équations et abaques qui en découlent sont des outils utiles pour l'industrie de tissage traditionnel et technique.

Ce travail est une investigation expérimentale de l’hydrodynamique, du transfert massique et du mélange induit par un panache de bulles dans des milieux de différentes viscosités. Dans l’industrie on est souvent confronté à des problèmes de transfert et de mélange d’une phase liquide et d’une phase gazeuse afin de provoquer des réactions chimiques ou biochimiques. La plupart du temps on utilise des colonnes à bulles, simple à mettre en œuvre, pour ce type de procédé. Mais il existe d’autres situations adaptées aux très grands volumes comme par exemple les bassins d’aération de traitement des eaux ou les méthaniseurs. Dans ce cas de figure, la répartition des injecteurs de gaz doit être adaptée aux dimensions du bassin et contribuer au mélange du liquide. Ceci est autant plus vrai pour le bioréacteur de méthanisation où l’état du liquide change en continu pendant la fermentation. Cependant, il y a un manque d'informations concernant l'hydrodynamique induit par l'injection de gaz en milieu visqueux. Afin de mieux comprendre l'écoulement, le transfert massique et finalement le mélange dans ces situations, il a été décidé d’étudier le cas d'un panache de bulles, généré par un seul injecteur dans des liquides de différentes viscosités. Pour cela des expériences ont été effectuées dans deux types de colonne à bulles avec injection centrale. Un grand nombre de méthodes métrologiques tel que la PIV, l’ombroscopie, différents capteurs etc. ont été utilisés. Une attention particulière a été donnée aux fluctuations à différentes échelles induit par le mouvement oscillatoire du panache de bulles. / This work is an experimental investigation on hydrodynamics, mass transfer and mixing induced by a bubble plume. In chemical engineering, people are often confronted to mixing problems of liquid and gas to create chemical or biochemical reactions. Most of the time, bubble column of big height compared to its diameter are used for such kind or processes.But there are also situations using large scale reactors like tanks for methanization or wastewater treatment. In such configurations, spargers must be adapted to reactor dimensions and fluid properties. This particularly important for methanization reactors since fluid properties are changing continuously during the fermentation. In order to understand hydrodynamics, mass transfer and mixing it is easier to study one single bubble swarm, or so called bubble plume, first.Different experiments were figured out in two different columns types. First one is a pseudo two dimensional column (6cm * 35 cm * 130cm ) allowing the application of optical metrological methods. Hence, the gas phase was studied via shadowgraphy and the liquid phase via PIV. Plus, light intensity measurements after dye injection were done. Besides, pressure sensors and oxygen probes were used.In this way, one could study the oscillating behavior, the corresponding characteristic frequency, mass transfer and mixing time scales. In order to analyze fluid properties, a copolymer called Breox was used. Plus, two different spargers generating different bubble shapes and sizes were applied to estimate their impact. Additional experiments in a cylindrical bubble column were performed at the HDZR in Germany. The same fluids and the same spargers were used to compare results from both geometries. Due to the difficulty to apply optical methods, a Wire-Mesh system recently developed at the HZDR was used to follow the bubble plume movement. Finally, first CFD simulations showing encouraging results are presented at the end of the manuscript.