L'ingénierie tissulaire intervient pour restaurer le tissu osseux. Parmi les traitements possibles, l'utilisation d'un bioréacteur à perfusion permet l'amplification in vitro de cellules souches ou osseuses prélevées chez le patient avant réimplantation. La contrainte de cisaillement générée par l'écoulement stimule mécaniquement les cellules et amplifie la production tissulaire. Cette technique souffre cependant de sa conception empirique et doit à présent être optimisée. L'objectif de cette thèse est l'étude et la modélisation de la croissance tissulaire et de la prolifération cellulaire à l'échelle du bioréacteur. En particulier, il s'agit de comprendre l'impact de l'écoulement sur la formation du tissu. Pour cela, une double approche de modélisation et d'expérimentation a été adoptée. Des expériences de culture cellulaire ont permis de mettre au jour la prolifération préférentielle des cellules près des parois du bioréacteur comme conséquence de l'hétérogénéité du support, et l'évolution de la morphologie du tissu. Un modèle prédisant le devenir des cellules ainsi que la croissance tissulaire à l'échelle du bioréacteur est proposé. L'aspect multi-échelles du problème est pris en considération et les procédures d'homogénéisation sont menées à bien grâce à la méthode de prise de moyenne volumique. / Bone tissue engineering aims at restoring bone tissues. Among the possible treatments, the use of a perfusion bioreactor allows the amplification in vitro of the patient bone or stem cells prior to implantation. The advantage of using such bioreactors is two-fold: in addition to greatly improving species transport, tissue production is enhanced. Although promising, this technique suffers from its empirical conception and now needs to be optimized. The purpose of this thesis is to study and model tissue growth and cell proliferation under a fluid flow of culture medium at the scale of the bioreactor. In particular, we wish to understand the impact of fluid flow on tissue formation. To this end, a double approach of experimentation and modeling has been adopted. Cell culture experiments in a perfusion bioreactor highlighted the preferential cell proliferation in the parietal region as a consequence of the heterogeneity of the scaffold, and the evolution of the tissue morphology. A model for predicting the cell's fate along with tissue growth at the scale of the bioreactor is proposed. The hierarchy of the system is considered and the upscaling procedures are carried out with the Volume Averaging Method.

Les travaux réalisés au cours cette thèse ont eu comme objectif l’étude de l’interaction de la lumière polarisée avec des milieux et des particules diffusants. Ces travaux s’inscrivent dans un contexte collaboratif fort entre le LPICM et différents laboratoires privés et publics. Des aspects très variées ont été traités en profondeur dont le développement instrumental, la simulation numérique avancée et la création de protocoles de mesure pour l’interprétation de donnés à caractère complexe.La partie instrumentale de la thèse a été consacrée au développement d’un instrument novateur, adapté à la prise d’images polarimétriques à différents échelles (du millimètre au micron) pouvant être rapidement reconfigurable pour offrir différents modes d’imagerie du même échantillon. Les deux aspects principaux qui caractérisent l’instrument sont i) la possibilité d’obtenir des images polarimétriques réelles de l’échantillon et des images de la distribution angulaire de lumière diffusé par une zone sur l’échantillon dont sa taille et position peuvent être sélectionnée par l’utilisateur à volonté, ii) le contrôle total de l’état de polarisation, de la taille et de la divergence des faisceaux utilisés pour l’éclairage de l’échantillon et pour la réalisation des images de celui-ci. Ces deux aspects ne se trouvent réunis sur aucun autre appareil commercial ou expérimental actuel.Le premier objet d’étude en utilisant le polarimètre imageur multimodal a été l’étude de l’effet de l’épaisseur d’un milieu diffusant sur sa réponse optique. En imagerie médicale il existe un large consensus sur les avantages de l’utilisation de différentes propriétés polarimétriques pour améliorer l’efficacité de techniques optiques de dépistage de différentes maladies. En dépit de ces avantages, l’interprétation des observables polarimétriques en termes de propriétés physiologiques des tissus se trouve souvent obscurcie par l’influence de l’épaisseur, souvent inconnue, de l’échantillon étudié.L’objectif des travaux a été donc, de mieux comprendre la dépendance des propriétés polarimétriques de différents matériaux diffusants avec l’épaisseur de ceux-ci. En conclusion, il a été possible de montrer que, de manière assez universelle, les propriétés polarimétriques des milieux diffusants varient proportionnellement au chemin optique que la lumière a parcouru à l’intérieur du milieu, tandis que le dégrée de polarisation dépend quadratiquement de ce chemin. Cette découverte a pu être ensuite utilisée pour élaborer une méthode d’analyse de données qui permet de s’affranchir de l’effet des variations d’épaisseur des tissus, rendant ainsi les mesures très robustes et liées uniquement aux propriétés intrinsèques des échantillons étudiés.Un deuxième objet d’étude a été la réponse polarimétrique de particules de taille micrométrique. La sélection des particules étudiées par analogie à la taille des cellules qui forment les tissus biologiques et qui sont responsables de la dispersion de la lumière. Grâce à des mesures polarimétriques, il a été découvert que lorsque les microparticules sont éclairées avec une incidence oblique par rapport à l’axe optique du microscope, celles-ci semblent se comporter comme si elles étaient optiquement actives. D’ailleurs, il a été trouvé que la valeur de cette activité optique apparente dépend de la forme des particules étudiées. L’explication de ce phénomène est basée sur l’apparition d’une phase topologique dans le faisceau de lumière. Cette phase topologique dépend du parcours de la lumière diffusée à l’intérieur du microscope. L’observation inédite de cette phase topologique a été possible grâce au fait que l’imageur polarimétrique multimodale permet un éclairage des échantillons à l’incidence oblique. Cette découverte peut améliorer significativement l’efficacité de méthodes optiques pour la détermination de la forme de micro-objets. / The work carried out during this thesis was aimed to study the interaction of polarized light from the scattering media and particles. This work is part of a strong collaborative context between the LPICM and various private and public laboratories. A wide variety of aspects have been treated deeply, including instrumental development, advanced numerical simulation and the creation of measurement protocols for the interpretation of complex data.The instrumental part of the thesis was devoted to the development of an innovative instrument, suitable for taking polarimetric images at different scales (from millimeters to microns) that can be quickly reconfigured to offer different imaging modes of the same sample. The two main aspects that characterize the instrument are i) the possibility of obtaining real polarimetric images of the sample and the angular distribution of light scattered by an illuminated zone whose size and position can be controlled, ii) the total control of the polarization state, size and divergence of the beams. These two aspects are not united on any other commercial or experimental apparatus today.The first object of the study using the multimodal imaging polarimeter was to study the effect of the thickness from a scattering medium on its optical response. In medical imaging, there is a broad consensus on the benefits of using different polarimetric properties to improve the effectiveness of optical screening techniques for different diseases. Despite these advantages, the interpretation of the polarimetric responses in terms of the physiological properties of tissues has been obscured by the influence of the unknown thickness of the sample.The objective of the work was, therefore, to better understand the dependence of the polarimetric properties of different scattering materials with the known thickness. In conclusion, it is possible to show that the polarimetric properties of the scattering media vary proportionally with the optical path that the light has traveled inside the medium, whereas the degree of polarization depends quadratically on the optical path. This discovery could be used to develop a method of data analysis that overcomes the effect of thickness variations, thus making the measurements very robust and related only to the intrinsic properties of the samples studied.The second object of study was to study the polarimetric responses from particles of micrometric size. The selection of the particles studied by analogy to the size of the cells that form the biological tissues, and which are responsible for the dispersion of light. By means of the polarimetric measurements, it has been discovered that when the microparticles are illuminated with an oblique incidence with respect to the optical axis of the microscope, they appear to behave as if they were optically active. Moreover, it has been found that the value of this apparent optical activity depends on the shape of the particles. The explanation of this phenomenon is based on the appearance of a topological phase of the beam. This topological phase depends on the path of the light scattered inside the microscope. The unprecedented observation of this topological phase has been done by the fact that the multimodal polarimetric imager allows illumination of the samples at the oblique incidence. This discovery can significantly improve the efficiency of optical methods for determining the shape of micro-objects.

Des recherches sur de nouvelles sources énergétiques ont été initiées pour faire face à la hausse de la demande mondiale. Dans le domaine nucléaire, la filière Th-U est envisagée pour compléter ou remplacer la filière U-Pu. Toutefois, des améliorations technologiques sont nécessaires avant l’aboutissement industriel de ce projet, notamment sur l’adaptation du procédé de retraitement du combustible U-Pu à celui du cycle Th-U, qui consiste à dissoudre le combustible en milieu acide nitrique, suivi d’une extraction liquide-liquide. Or, contrairement à l’uranium, l’oxyde de thorium n’est pas soluble dans HNO₃ concentré. Un ajout de petites quantités de fluorures est nécessaire à l’obtention d’une dissolution totale. Cependant, la dissolution reste lente et le milieu HNO₃-HF est très corrosif. L’objectif de cette étude est de comprendre les réactions mises en jeu afin d’optimiser la composition de la solution pour diminuer la corrosion et améliorer la cinétique de dissolution. La poudre d’oxyde de thorium synthétisée en laboratoire est solubilisée dans des conditions expérimentales et selon un protocole prédéfinis. L’effet des caractéristiques du solide, de la méthode de dissolution et du milieu de dissolution ont été étudiés. La morphologie de l’oxyde a une forte influence sur la vitesse de dissolution. L’impact majeur des ultrasons de puissance est l’augmentation de la température, qui améliore considérablement la vitesse de dissolution. Le remplacement des fluorures par d’autres complexants du thorium n’a pas permis d’atteindre une dissolution quantitative de l’oxyde. L’augmentation des concentrations de HF et de HNO₃ accélère la dissolution, mais une concentration trop importante de fluorure mène à la formation d’un précipité blanc qui passive la surface. Sur la base de cette étude, un mécanisme réactionnel a été proposé. L’étape limitante est la formation d’un complexe activé. L’écriture et la résolution des équations cinétiques et des équilibres thermodynamiques a permis d’établir une relation analytique exprimant le taux de dissolution de ThO₂ en fonction des paramètres expérimentaux. La simulation des résultats expérimentaux à l’aide de cette relation a ensuite permis de déterminer les constantes thermodynamiques et cinétiques rendant compte de tous les phénomènes observés, validant ainsi le mécanisme proposé. / Studies of new energy sources are necessary to meet the rising global demand. In the nuclear area, Th-U cycle has been reinvestigated to supplement or replace the currently used U-Pu cycle. This project though needs further improvement to be operated in an industrial plant, especially on the reprocessing process, which consists in fuel dissolution in nitric acid medium, followed by liquid-liquid extraction. Still, unlike uranium, thorium oxide does not dissolve in concentrated nitric acid. Small amounts of fluoride are required to achieve the dissolution. The dissolution is rather slow and HNO₃-HF mixture is very corrosive. The aim of this project is thus to find an efficient dissolution method which both decreases corrosion and improves dissolution rate. The synthetized thorium oxide powder has been dissolved in chosen conditions. Effects of solid parameters, dissolution method and dissolution medium have been studied. Results show a strong dependence on oxide crystallinity. No improvement on dissolution rate was observed with power ultrasounds, except for the temperature increase, which greatly enhances dissolution rate. No other complexing agents than fluoride allows total dissolution. Rising HNO₃ and HF concentrations increases dissolution rate until the amount of fluorides is so high that a precipitate forms at the surface. This study led to the proposal of a dissolution mechanism whose limiting step is the formation of an activated complex. Based on kinetics and equilibrium equations, initial dissolution rate was then written as a function of the different studied parameters. Experimental results were finally fitted by this relation to find kinetics and thermodynamics constants, proving the accuracy of the proposed mechanism.

De nos jours, le respect de l'environnement est une obligation dans le cadre de travaux maritimes. Les caissons en béton verticaux à plaques poreuses sont souvent la solution technique privilégiée pour agrandir les ports existants et / ou améliorer l'agitation des bassins. L'empreinte au sol est réduite et la demande en matériaux de carrière est moins importante par rapport aux digues en enrochement classiques. Récemment, des systèmes alternatifs aux caissons en béton verticaux ont été conçus. Les structures amortisseuses de la houle à enrochements verticalisés sont constituées d'une structure métallique entourant des blocs. Ce type de structure offre des avantages environnementaux, une perméabilité aux courants et une bonne performance hydrodynamique. Ce travail de thèse visait à développer un nouveau code 3D-BEM facile à utiliser et intégrant les écoulements en milieux poreux. Des géométries innovantes sont testées comme des gabions espacés avec une chambre d’expansion ou un mélange de plaques poreuses et de milieux poreux.La description des écoulements dans un milieu poreux est une question complexe. Navier-Stokes moyenné au sens de Reynolds (RANS) est le processus mathématique communément utilisé pour modéliser les écoulements en milieux poreux. Ce dernier est considéré comme un milieu continu homogène. L'équation bien connue de Forchheimer étendue décrit les forces volumiques appliquées à l'écoulement par un milieu poreux à travers des coefficients de résistance et d'inertie. Ces recherches ont été l’occasion d’examiner ces coefficients, notamment celui d'inertie mal connu dans le cas d’un milieu poreux. Il joue un rôle majeur pour les écoulements à très faible KC se produisant dans les couches internes des digues poreuses. Une analyse de la littérature sur les écoulements de milieux poreux a été entreprise. Le code numérique appelé Diffra3D a été développé. Il a ensuite été utilisé pour rechercher des coefficients de résistance de milieux poreux à l'aide de données provenant de trois campagnes expérimentales : un test de sloshing sur hexapode et deux études classiques de transmission/réflexion en canal à houle. Celles-ci ont également été l'occasion de tester et de calibrer le code. De nouvelles géométries de structures poreuses ont ensuite été testées expérimentalement et numériquement.Deux nouvelles valeurs de coefficients de résistance d'un milieu poreux sont proposées pour les écoulements à très faibles KC. Certaines caractéristiques intéressantes concernant le coefficient d'inertie CM d'un milieu poreux sont également développées. Ce sujet de recherche mériterait encore d’être approfondi pour tenter de trouver une ou plusieurs loi(s) empirique(s) décrivant l’évolution du coefficient d'inertie dans ce régime spécifique d’écoulement. Le code Diffra3D fonctionne de façon satisfaisante pour modéliser les écoulements en milieu poreux. Il est cependant limité aux vagues à faibles cambrures. Tout l'enjeu est de bien caractériser le milieu poreux étudié. L'utilisation de Diffra3D a permis de montrer que les structures poreuses verticales innovantes, telles que les gabions espacés, ont entièrement leur place en tant que digues amortisseuses de la houle respectueuses de l'environnement. Elles pourraient être couramment utilisées dans le futur. / Nowadays the respect of the environment is an obligation in maritime works. Vertical concrete caissons with porous plates are often the number one technical solution to enlarge existing ports and/or to improve the agitation of the basins. The footprint is reduced and the demand in quarry materials is less important compared to classical riprap breakwaters. Recently, alternative systems to vertical concrete caissons have been designed. Vertical riprap breakwaters are made of a metal framework enclosing blocks. This kind of structure offers environmental benefits, permeability for currents and a good hydrodynamic performance. This thesis work looks at developing a new 3D-BEM code that is easy to use and integrates porous media. Innovative geometries are tested like spaced gabions with damping chamber or a mix of porous plates and porous media.Describing flows in porous media is an complex issue. Volume averaging method is the common mathematical process used to model porous media flows without drawing every grain of a porous medium. The well-known extended Forchheimer equation describes the volumetric forces applied to the flow by a porous medium through resistance and inertial coefficients. These researches were the occasion to look into this coefficients, especially the one of poorly understood inertia in the case of a porous medium. It plays a major role in very low-KC flows currently occurring in porous breakwaters apart from armour layer.First, a literature review on porous media flows was undertaken. In parallel, the numerical code called Diffra3D was produced. It was then used to look for resistance coefficients of porous media through data coming from three experimental campaigns : one sloshing test on hexapode and two classical reflection-transmission studies in a wave tank. These campaigns were also the occasion to test and calibrate the code. New geometries of porous structures were then tested experimentally and numerically. Two new values of resistance coefficients of a porous medium are proposed. Some interesting features concerning the inertia coefficient CM of a porous medium are also developed. In simulations, we observe that the hydrodynamic behaviour of porous structures in low-KC flows is very sensitive to the coefficient of inertia. This research topic would still deserve further studies in order to find empirical law(s) for the inertia coefficient of a porous medium. The code Diffra3D performs well to model porous media flows. However, it is limited to waves with low steepness. The challenge is to properly characterise the porous medium. This research has shown that innovative porous structures like spaced gabions have proven their place as environmentally-friendly damping breakwaters. They may be commonly used in the future.

Solides élastiques au repos, les fluides à seuil s’écoulent comme un liquide au-delà d’une certaine contrainte. Plusieurs applications industrielles concernent l’écoulement de ces fluides dans des milieux poreux. On peut citer par exemple les émulsions dans le processus de récupération du pétrole, les opérations de cimentation dans le sol, ou le nettoyage d’un sol contaminé par une boue. Pour ces applications, il est nécessaire de connaitre la pression nécessaire pour un débit voulu à la sortie du milieu poreux. Dans de tels cas, l’écoulement est perturbé par la complexité de la géométrie. Les modèles développés pour décrire la loi de Darcy supposent une loi rhéologique appliquée localement, mais ces modèles décrivent mal ce type d’écoulement. De plus, des effets complexes peuvent s’ajouter comme le glissement à la paroi ou la thixotropie. Dans cette thèse, nous étudions l’écoulement de carbopol (ETD 2050) à travers différentes géométries. Tout d’abord au rhéomètre, nous montrons que le fluide, sous certaines conditions, correspond bien à un fluide à seuil modèle. Nous démontrons que le protocole expérimental utilisé est très important et qu’un comportement thixotropique peut apparaitre s’il n’est pas respecté. Ce comportement apparait notamment lorsque le fluide reste sous le seuil, l’impact augmentant avec le temps d’attente. Ensuite, nous comparons la loi d’écoulement obtenue au rhéomètre à l’écoulement dans un canal droit obtenu par microfabrication. Nous montrons alors l’importance du glissement proche du seuil et ses conséquences sur la loi d’écoulement. Enfin nous étudions l’écoulement du carbopol dans un milieu poreux. Le milieu poreux de 5x5cm est obtenu par microfabrication. La largeur moyenne des canaux est égale à celle du canal droit. Nous avons développé une nouvelle méthode de mesure des champs de vitesse. Nous montrons l’apparition d’une chenalisation de l’écoulement à travers quelques canaux du milieu poreux. Nous comparons ensuite la loi d’écoulement du milieu poreux à celle obtenue dans le canal droit. On remarque que la vitesse d’écoulement est plus faible dans le milieu poreux que dans le canal droit. / Elastic solids at rest, yield stress fluids flow like a liquid beyond a certain stress. Many industrial applications required the flow of these fluids in porous media, for example: the emulsion flow in oil recovery processes, the cementing operations in the ground, or the cleaning of sludge in a contaminated soil. For many applications, it could be interesting to know the pressure required for a desired flow rate. In such cases, the flow behavior of the fluid is complicated by the complexity of the geometry. The models developed to describe Darcy's law assume a rheological law applied locally, but these models poorly describe this type of flow. Furthermore, complex effects can be added like the wall slip or the thixotropy. In this thesis, we study the flow of carbopol (ETD 2050) through different geometries. First we show that the fluid, for some conditions, corresponds to model yield stress fluids. The experimental protocol used is very important and a thixotropic behavior can appear if it is not respected. This behavior appears especially when the fluid remains below the yield stress, the impact increases with the waiting time. We then compare the flow law obtained by rheometer in a straight channel obtained by microfabrication. We show the importance of the wall slip near the yield stress and the impact on the flow law. Finally, using a new method to measure the velocity fields developed during this thesis, we study the flow of carbopol in a porous medium. This porous medium of 5x5cm is obtained by microfabrication. The mean width of the channels is equivalent to the one of the straight channel. We show the emergence of a channeling flow through some channels of the porous medium. We then compare the flow law of the porous medium to the one obtained in the straight channel. It can be observed that the flow rate is lower in the porous medium than in the straight channel.

La restauration des peintures d'art consiste à restaurer la lisibilité d'une œuvre d'art et à préserver son intégrité. La plupart des techniques consiste à déposer des solvants juste en surface afin de ne dissoudre que la couche de vernis. Cependant, les couches sous-jacentes risquent d'être endommagées par la pénétration de ces solvants, causant éventuellement un gonflement ou un craquèlement de ces dernières. Du fait de la complexité physico- chimique de la couche picturale, nous proposons d'étudier la pénétration de solvants dans un nanoporeux modèle issu du séchage contrôlé de dispersions aqueuses de nanoparticules de silice. Le séchage et la consolidation de ces dispersions colloïdales jusqu'à l'apparition de craquelures de séchage sont étudiés. La réflectivité de neutrons et la diffusion de neutrons aux petits angles permettent d'accéder à la structuration des systèmes en surface et en volume, respectivement, au cours du séchage. L’étude expérimentale des ouvertures de craquelures dues au séchage, associée à un modèle de poroélasticité que nous développons, renseigne sur les propriétés mécaniques des systèmes consolidés et du tableau « Jeanne d'Arc en prison » (1824) du peintre français Louis Crignier (1790-1824). La caractérisation du milieu poreux formé après la consolidation est réalisée par imagerie de neutrons et permet de déterminer la perméabilité et les porosités des milieux. Enfin, nous présentons la dynamique d'imprégnation d'une goutte sessile de solvant dans plusieurs milieux poreux, qui diffèrent de par leur taille de pores. Notre montage expérimental permet une quantification précise et directe des écoulements au-dessus et à l'intérieur du milieu poreux. Des mesures de propriétés mécaniques sont réalisées avant et après imprégnation par micro-indentation. / Art painting restoration aims to restore the readability of a painting and to preserve its integrity. Most of the techniques consist of depositing solvents on the surface of the painting to dissolve the varnish layer. However, the sublayers can be damaged by the penetration of the solvent, possibly resulting in swelling or cracking processes. Due to the physical and chemical complexity of the pictorial layer, we propose to study solvent penetration in model nano porous media obtained by controlled drying of aqueous silica nanoparticles dispersions. Drying and the consolidation process of these colloidal dispersions are studied until drying cracks appear. Neutron reflectivity and small angle neutron scattering provide structural information on particles near the interface between the dispersion and the air and in the bulk, respectively, during drying. The experimental study of drying cracks, associated to a poroelastic model, inform on mechanical properties of consolidated model systems and of the painting “Jeanne d'Arc en prison” (1824) by the French painter Louis Crignier (1790-1824). Characterization of the porous media obtained after consolidation is carried out with neutron imaging to determine the permeability and the porosities of the porous media. Finally, we present the dynamics of imbibition of sessile solvent drops on several porous media with different pore sizes. Our experimental set-up provides a precise and a direct quantification of the different flows outside and through the porous media. Mechanical properties are performed before and after solvent imbibition, by micro-indentation testing.

Le but de cette thèse est d’étudier le comportement des asphaltènes dans des condition de hydrotraitement, y compris les propriétés de transport et d’adsorption. La chromatographie d'exclusion stérique inverse (ISEC) ainsi que la spectroscopie d'impédance sont utilisées pour déterminer des paramètres topologiques de solides poreux d’alumine (porosité, taille de pores, tortuosité). Des coefficients de diffusion effectifs de polystyrènes de différentes tailles sont aussi étudiés par chromatographie liquide en conditions non-adsorbantes: les molécules de petites tailles pénètrent plus profondément dans le milieu poreux donc elles prennent plus de temps pour traverser la colonne, tandis que les molécules ayant une taille supérieure à la taille du pore ne sondent que la macroporosité. Avec l'utilisation des méthodes dynamique et «peak parking», il est possible de modéliser le transport des molécules de différentes tailles, et cela aidera à prédire le comportement de molécules d’une taille quelconque. Les colonnes ont été assemblées au laboratoire à partir de poudres et de monolithes d’alumine. Les caractéristiques d'adsorption des asphaltènes modèles sont déterminées et comparées avec une fraction d’asphaltènes extraite d’un brut. Un phénomène de dimérisation ainsi qu’une très forte adsorption sur la surface de l’alumine sont observés avec la molécule modèle. La méthode dynamique a été utilisée avec des colonnes courtes dans des conditions de saturation. Une influence apparente du débit dans l’importance et le mécanisme d’adsorption a pu être constatée. / This work aims to study the complex behaviors of asphaltenes within the hydrotreatment catalytic porous system including transport properties and adsorption. Inverse size-exclusion chromatography (ISEC) and impedance spectroscopy are used to determine the topological characteristics of different alumina porous solids (porosity, pore size, tortuosity). The effective diffusion coefficient of polystyrenes of different sizes was studied via chromatography in non-adsorbing conditions. Elution peaks are used to determine the effect of molecule size on the accessible pore volume and the transport properties therein: molecules of relatively small sizes penetrate further into the porous medium, thus taking more time to navigate the chromatographic setup, while larger molecules traverse much faster, through the macroporosity. The liquid chromatography technique is divided in two different methods. Both methods yield diffusion coefficient values which are modelled, predicting the behavior of molecules of any size. Columns were assembled manually from alumina powders or monoliths. A synthesized asphaltene model molecule was used and its adsorption behavior was determined and compared to an asphaltene fraction recovered from crude oil. The asphaltene model molecule shows a dimerization behavior as well as extremely strong interactions with the alumina surface. Dynamic method was attempted in short alumina columns at saturation conditions and an apparent influence of the flow rate on the extent and mechanics of adsorption was observed.

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Cette thèse est consacrée à l'étude de l'interaction d'ions multichargés avec des particules métalliques de taille nanométrique. Ce travail a eu pour but d'étudier les processus fondamentaux ainsi que d'éclairer leur rôle comme radio-sensibilisants dans le traitement de cancer par hadronthérapie. Le nouveau dispositif développé dans ce cadre consiste en une source d'agrégats de type magnétron, d'une chambre de dépôt afin de permettre la caractérisation de la taille des nanoparticules neutres par analyse microscopique, et d'un spectromètre de masse par temps de vol capable de détecter des systèmes positivement chargés jusqu'à une masse de 50 000 ua. Les études de collisions ont été réalisées avec des agrégats de Bi (2 nm ; 200 atomes) et de Ag (6 nm ; 5000 atomes). Dans le deux cas, le processus de capture multiélectronique crée un système multichargé. Dans le cas du Bi, une grande partie fragmente par la fission asymétrique émettant des petits fragments. Dans le cas des particules plus grandes (Ag), les systèmes multichargés ne fragmentent pas, par contre des petits fragments sont aussi observés mais ils sont le produit de la pulvérisation de la nano-surface lors de collisions pénétrantes. En perspective, des expériences seront réalisées avec des nanoparticules métalliques fonctionnalisées ainsi que le comptage des électrons émis lors de la collision. / This thesis presents a study of the interaction of multiply charged ions with metallic nano-sized particles both in the context of fundamental processes and possible applications as radiosensitizers in nanoparticle-enhanced hadrontherapy. For this purpose a new experimental set-up has been constructed based on a magnetron-discharge cluster source, a deposition chamber for analyzing the size of neutral nanoparticles with AFM and TEM techniques and a time-of-flight mass spectrometer able to detect positively charged particles with masses up to 50 000 amu. Collision studies were performed with Bi clusters of 2nm in diameter, containing 200 atoms, as well as Ag nanoparticles (6 nm, 5000 atoms). In both cases multi-electron capture leads to the formation of multiply charged systems. In the Bi case a large fraction fragments by asymmetric fission emitting small singly charged fragments. In the case of large Ag nanoparticles multiply charged systems are stable. However, small size fragments are formed due to sputtering of the nano-surface in penetrating collisions. Future experiments will be performed with functionalized metal nanoparticles, aiming to count the number of electrons emitted after ion collisions.

L’objectif de cette thèse est de proposer deux approches complémentaires de modélisation et de simulation numériques des procédés de mise en forme de structures minces. La première est une approche inverse multi-pas, délibérément simplifiée, pour simuler et "optimiser" rapidement et à moindre coût des procédés d’emboutissage de tôles minces, tout en maintenant une bonne précision dans le calcul des contraintes. Un solveur statique implicite est développé en introduisant plusieurs configurations intermédiaires construites efficacement en utilisant une technique de programmation quadratique avec projection. La deuxième approche, de nature incrémentale, repose sur (i) une formulation d’équations de bilan et d’équations de comportement multi-physiques fortement couplés formulées dans le cadre des milieux micromorphes ; (ii) une discrétisation spatiale par EF et temporelle par DF avec un solveur global dynamique explicite et une intégration locale itérative implicite. Une attention particulière est accordée aux aspects thermiques avec l’introduction d’une microtempérature et ses premiers gradients conduisant à l’obtention de deux équations thermiques fortement couplées généralisant de nombreux modèles non locaux proposés dans la littérature. L'approche inverse multi-pas a été implémentée dans le code maison KMAS et l’approche incrémentale non locale a été implémentée dans ABAQUS/Explicit. Des études paramétriques sont menées et des validations sur des exemples simples et sur des procédés d’emboutissage sont réalisées / The aim of this thesis is to propose two complementary approaches for modeling and numerical simulations of thin sheet metal forming processes. The first one is a deliberately simplified multi-step inverse approach to simulate and "optimize" rapidly and inexpensively thin-sheet stamping processes while maintaining good accuracy in the stress calculation. An implicit static solver is developed by introducing several efficiently constructed intermediate configurations using a quadratic programming technique with projection. The second approach, which is of an incremental nature, is based on (i) a formulation of equilibrium equations and strongly coupled multiphysical behavior equations formulated in the context of micromorphic continua; (ii) spatial discretization by FEM and time discretization by FD with an explicit dynamic global solver and implicit iterative local integration scheme. Particular attention is paid to the nonlocal thermal aspects with the introduction of a micro-temperature and its first gradients leading to two strongly coupled thermal equations generalizing several thermal nonlocal models proposed in the literature. The multi-step inverse approach was implemented in the KMAS in house code while the nonlocal incremental approach was implemented in ABAQUS/Explicit. Parametric studies are performed and validations are carried out on simple examples and on deep drawing processes