Le but de cette thèse était de créer des modèles pour deux applications qui apparaissent couramment en chimie séparative, à savoir la séparation solide-liquide et la séparation liquide-liquide. L'avantage de la modélisation est manifeste dans les deux cas. L'étude fondamentale des propriétés des ions et de leur solvatation dans les milieux complexes, en tenant compte de façon simplifié des différents effets mis en jeu, nous a permis de construire un cadre qui utile aussi bien aux chimistes en laboratoire qu’aux ingénieurs lors de la conception des procédés. Nous avons adapté cette stratégie sur deux systèmes différents, qui peuvent tous deux être considérés comme complexes. Le premier système modèle pour étudier la séparation solide-liquide était des nanotubes de TiO2 dispersés dans une solution aqueuse. Ce système a été étudié au moyen de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité Classique couplée à une méthode de régulation de charge, au sein de l'ensemble Grand-Canonique. La méthode s'est avérée efficace pour établir la description complète des propriétés de charge des nanotubes de TiO2. Dans ce cas, nous nous sommes intéressés à obtenir la description de l'ion à l'intérieur des nanotubes chargés sous l'influence du champ électrique (créé par les nanotubes). Les calculs ont prédit des effets tels que la différence de charge de surface entre la surface externe et la surface interne, ou la violation de l'électroneutralité à l'intérieur des nanotubes. Il a été démontré que le modèle était en accord avec les données expérimentales. De plus, la méthode peut être utilisée directement pour prédire diverses techniques de titrage. Une simple généralisation de l'approche proposée permettra d'étudier l'efficacité d'adsorption réelle du procédé de séparation solide-liquide. Le second système modèle concerne l'étude du procédé d'extraction liquide-liquide et il comprend trois parties distinctes. Les trois parties ont été consacrées aux cas des extractants non ioniques, puis acides (échangeurs d'ions), et enfin aux mélanges synergiques d'extractants. Un modèle simple de thermodynamique statistique, dans lequel nous avons incorporé certains des concepts bien établis en chimie colloïdale, a fourni une approche de type matière molle pour calculer le processus à l'échelle de l'ingénieur. Nous avons développé une approche classique d'équilibres simples pour une compréhension plus large et plus intuitive de la formation des agrégats polydisperses dans l'extraction liquide-liquide. La principale conclusion présentée est que l’on doit proposer un nouveau paradigme pour la chimie : à l'équilibre, de nombreux agrégats de composition très différente mais similaires en énergie libre, coexistent. Avec la polydispersité obtenue, nous avons ainsi proposé un outil pour étudier un comportement plus "global" de l'extraction liquide-liquide. Cela nous a poussés à passer des considérations classiques d'isothermes d'extraction à celles plus précises des " cartes " d’extraction. Un grand soin a été apporté à l'étude de la synergie puisqu'il s'agit d'une important question depuis 60 ans dans la communauté scientifique et industrielle de la séparation. A notre connaissance, la première rationalisation quantitative de la synergie d’extraction a été proposée dans le cadre de cette thèse. Les effets sous-jacents des contrôles enthalpique et entropique sur la structuration des phases organiques ont été découplés et étudiés en détail. Nous espérons que cette thèse a démontré l'importance de la modélisation mésoscopique sur des exemples pratiques utilisés à la fois par les chimistes et les ingénieurs. / The object of this thesis was to create models for two applications which readily appear in separation chemistry, namely the solid-liquid and the liquid-liquid extractions. The benefit of modelling in both cases is twofold. Studying the fundamental properties of ions and their solvation properties in the complex media, and simplifying the expression for important effects, enables us to construct the framework which can be used by both chemists in the laboratory, as well as the chemical engineers in the process design. For two applications we adapted two different systems, both of which can be considered as complex. The model system to study the solid-liquid separation were TiO$_{mathrm{2}}$ nanotubes dispersed in the aqueous solution. This system was studied by the means of Classical Density Functional Theory coupled with the charge regulation method, within the Grand-canonical ensemble. Indeed, the method proved to be successful in establishing the full description of the charge properties of TiO$_{mathrm{2}}$ nanotubes. In this case, we were interested in obtaining the description of ion inside the charged nanotubes under influence by the electric field (exhibited by nanotubes). Calculations predicted effects such as the difference in surface charge between the outer and the inner surface, or the violation of electroneutrality inside the nanotubes. It was demonstrated that the model was in the agreement with the experimental data. Moreover, the method can be directly used to predict titration for various techniques. A simple generalization of the proposed approach can be used to study the actual adsorption efficiency of the solid-liquid separation process. The model system to study the liquid-liquid extraction process included three distinct parts. The three parts were devoted to the cases on non-ionic, acidic ion exchangers, and finally the synergistic mixtures of extractants. Simple bulk statistical thermodynamics model, in which we incorporated some of the well-established concepts in colloidal chemistry provided a soft-matter approach for the calculation of actual engineering-scale processes. Were have expanded a classical simple equilibria approach to broader, more intuitive polydisperse aggregates formation that underlines the liquid-liquid extraction. The key finding can be presented as a current opinion or newly-proposed paradigm: at equilibrium, many aggregates completely different in composition but similar in free energy coexist. With obtained polydispersity, we were equipped with a tool to study a more 'global' behavior of liquid-liquid extraction. This urged us to pass our considerations of historical extraction isotherms to extraction 'maps'. Great care was devoted to the study of synergy since it is a 60-year old ongoing question in the separation industrial and science community. To our best knowledge, the first quantitative rationalization total synergistic extraction was proposed within this thesis. Underlying effects of enthalpy and entropy control on the organic phase structuring were decoupled and studied in detail. Hopefully, this thesis demonstrated the importance of mesoscopic modelling to assist both chemists and chemical engineers in practical examples.

Cette thèse s’inscrit à mi-chemin entre l’étude de la déformabilité des structures tissées et la valorisation de la fibre de lin pour des applications dans le renforcement des matériaux composites. Le premier objectif de l’étude est de caractériser expérimentalement le comportement en flexion des mèches de différentes structures constituées de fibres de lin ainsi que des tissus de différentes armures. Les travaux ont abordé aussi des paramètres tels que l’humidité relative et la composition (des mèches comélées ou en lin pure). Le deuxième objectif des travaux est d’étudier le comportement en flexion des tissus en fonction du comportement en flexion des mèches. Cette partie a commencé par la modélisation géométrique des renforts tissés dans le but de suivre l’évolution de la section du tissu qui varie dans la direction de la flexion. La modélisation mésoscopique a permis de calculer analytiquement les propriétés géométriques du tissu en particulier son moment quadratique. Les résultats obtenus ont été utilisés dans la simulation de la flexion du tissu. L’étude a permis de voir jusqu’à quel point le comportement de la mèche et le moment quadratique du tissu pilotent le comportement en flexion du tissu. D’après ces travaux, le comportement en flexion du tissu semble être approché de façon satisfaisante sur toute la gamme de longueurs envisagées à partir de ces deux grandeurs sauf pour les forts taux d’humidité où d’autres phénomènes doivent être considérés. L’étude a souligné que la différence entre deux renforts testés expérimentalement peut être anticipée numériquement. Ainsi, le concepteur de tissus sera capable d’anticiper la rigidité expérimentale du tissu pour faire des tissages adaptés à la mise en forme du renfort. Une étude paramétrique de la flexion a été également réalisée dans le but de déduire les paramètres les plus influents sur lesquels il peut jouer. / This thesis is halfway between the study of the deformability of woven structures and the use of flax fibre as reinforcement of composite materials. The first aim of the study is the experimental characterization of the bending behaviour of tows with different structures made of flax fibres and fabrics with different weaves. Parameters such as relative humidity and the composition (100% flax and commingled tows) were also considered. The second aim of the study is to link the bending behaviour of the fabric to the bending behaviour of its constituent tows. This part starts with the geometric modelling of woven fabrics in order to follow the variation of its section in the bending direction. Mesoscopic modelling allows the analytical calculation of the geometric properties of the fabric in particular its moment of inertia. The results obtained were used in the simulation of the fabrics bending to see how far the behaviour depends on the tows bending behaviour and the moment of inertia. The bending behaviour of the fabric seems to be approached satisfactorily from these two factors. This is verified within the range of lengths considered except for high humidity (in this case, other phenomena must be considered). The study pointed out that the difference between two reinforcements tested experimentally can be predicted numerically. Thus, the fabrics designer will be able to anticipate the experimental bending stiffness of the fabric in order to adapt the weaving to the shape forming. A parametric study of the bending was also achieved in order to deduce the most influential parameters of the fabric for an appropriate weaving.

La simulation à l'échelle mésoscopique de la déformation des renforts composites fournit des informations importantes. En particulier, elle donne la direction et la densité de fibres qui conditionne la perméabilité du renfort textile et les propriétés mécaniques du composite final. Ces analyses mésoscopiques par éléments finis dépendent fortement de la qualité de la géométrie initiale du modèle. Certains logiciels ont été développés pour décrire ces géométries de renforts composites. Mais, les géométries obtenues impliquent une simplification (notamment dans la section transversale de mèche) qui peut perturber le calcul de déformation du renfort. Le présent travail présente une méthode directe utilisant la microtomographie à rayon X pour générer des modèles éléments finis, basée sur la géométrie réelle de l'armure textile. Le modèle EF peut être obtenu pour tout type de renfort, plus ou moins complexe. Les problèmes d’interpénétrations de mèches sont évités. Ces modèles sont utilisés avec deux lois de comportement : une loi hypoélastique et une loi hyperélastique. Les propriétés de chacune d'entre elles, ainsi que les grandeurs caractéristiques nécessaires à leur implémentation dans le logiciel ABAQUS sont développées. Enfin, une identification des paramètres matériau à l'aide d'une méthode inverse est proposée. Les résultats obtenus pour les simulations de mise en forme sont comparés avec les résultats expérimentaux et montrent une bonne correspondance entre les deux. / The simulation at meso-scale of textile composite reinforcement deformation provides important information. In particular, it gives the direction and density of the fibres that condition the permeability of the textile reinforcement and the mechanical properties of the final composite. These meso FE analyses are highly dependent on the quality of the initial geometry of the model. Some software have been developed to describe composite reinforcement geometries. The obtained geometries imply simplification that can disrupt the reinforcement deformation computation. The present work presents a direct method using computed microtomography to determine finite element models based on the real geometry of the textile reinforcement. The FE model is obtained for any specificity or variability of the textile reinforcement, more or less complex. The yarns interpenetration problems are avoided. These models are used with two constitutive laws : a hypoelastic law and a hyperelastic one. An analysis of their properties is presented and their implementation in the software ABAQUS is detailed. Finally, an identification method is presented and the results of forming simulations are compared to experimental tests, which shows a good fit between the both.