Les mousses rencontrées dans l’industrie pétrolière comptent parmi les mousses les plus complexes et problématiques. Lors de la production du pétrole brut, la présence de mousses stables peut entraîner de gros problèmes dans les équipements de traitement en surface à cause de la dépressurisation et de la nucléation de bulles provenant du gaz naturellement dissous dans le fluide de réservoir. Cette mousse peut rapidement occuper la moitié du volume des séparateurs et provoquer des dommages opérationnels graves, liés à des difficultés de contrôle des niveaux, à l’entraînement de liquide dans la ligne gaz et à l’entraînement de gaz dans la ligne liquide. Le contrôle de ces mousses pétrolières constitue donc un véritable enjeu, et les diverses solutions proposées sont basées sur l’utilisation de moyens physiques (chauffage, utilisation d’internes spécifiques) mais surtout sur l’utilisation d’additifs antimousses ou démoussants et plus particulièrement de silicones PDMS. Cependant, il n’existe pas encore d’optimisation possible de ces traitements du fait du manque d’études détaillées sur le comportement de ces systèmes complexes. L’objectif principal de ce travail a donc été de contribuer à la compréhension des mécanismes de formation, de stabilisation et de rupture des mousses non aqueuses et plus particulièrement des mousses de pétrole brut. Dans un premier temps, nous avons développé une nouvelle méthodologie expérimentale permettant de former des mousses représentatives des mousses pétrolières afin de comparer quantitativement différents systèmes moussants à base de pétroles bruts ainsi que l’efficacité de différentes familles d’additifs chimiques. Ensuite, nous avons étudié les cinétiques de cassage et développé un modèle de type sigmoïde permettant de décrire les courbes expérimentales de manière satisfaisante, et ouvrant la voie à une analyse quantitative de ces systèmes. Grâce à ce type de modélisation, il est possible de comparer l’efficacité des additifs chimiques en tant que démoussants et/ou antimousses et donc d’optimiser le choix du meilleur additif requis.Enfin ces développements permettent de proposer une première analyse de l’influence des caractéristiques physico chimiques de ces systèmes complexes sur leurs propriétés de moussage. / Crude oil foams are present in most steps of the oil industry, being one of the most complex and problematic non aqueous foams. During the crude oil exploitation, the presence of stable foams may cause major problems on surface equipment because of the depressurisation between the reservoir and the wellhead and the nucleation of the bubbles from the natural gas solubilised in the reservoir oil. These foams can fill up rapidly the half of the volume of the separators and cause serious damages due to the loss of the level control capacity, by dragging gas to the liquid line or liquid to the gas line, which leads to a reduction of the efficiency of the operation. The control of these foams is therefore a real issue. Several methods are used to control the foam based on its physical destruction (by mechanical devices, heating, special design of the unit internals...) but, by far, the most common method is the chemical destruction by adding different chemical compounds (called defoamers and antifoamers), particularly PDMS silicones. However, there is still no possible optimization of these treatments because of the lack of detailed studies on the behaviour of these complex systems. With this work we wanted to contribute to the understanding of the formation, stabilization and breaking mechanisms of this kind of non-aqueous foams. With this in mind, our first objective was the development of a new experimental methodology that allows to form crude oil foams which are representative of the oilfield foams, in order to compare the different foamy systems as well as the efficiency of different families of chemical additives. After that, we used a sigmoid model which describes in a satisfactory way the experimental curves of foam breaking. Besides, this kind of modelling allows to compare the efficiency of the different chemical additives in terms of defoaming and antifoaming effects, leading to the optimal selection of the additive in each case. Finally, these developments allow us to propose a first analysis of the influence of the physicochemical characteristics of these complex systems on their foaming properties.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d’un projet industriel avec l’entreprise Roxel visant à la substitution de la résine phénolique, impactée par la règlementation Reach, dans un matériau composite expansé : le Roxalte®. Ce matériau est composé d’un feutre de basalte imprégné de résine phénolique qui s’expanse sous l’effet de la température par l’action de microsphères expansibles contenu dans le mélange (Expancel®). Pour s’adapter aux différentes utilisations du Roxalte®, des systèmes époxy répondant aux exigences de Reach ont été sélectionnés. Le premier objectif de cette thèse est la substitution de la résine phénolique. Le second objectif est de fournir une méthodologie pour la réalisation de mousses. La caractérisation physicochimique de la résine phénolique ainsi qu’une étude des relations structure/propriétés ont orienté la sélection vers un système faisant état de très hautes Tg : le Tris(4-hydroxyphenyl) methane triglycidyl ether (TETM) allié au durcisseur amine diaminodiphénylsulfone (DDS). La solution de remplacement immédiate a alors consisté à utiliser le système époxy [TETM/DDS] ainsi qu’un grade d’Expancel® adapté à l’intervalle de polymérisation de la résine. L’optimisation du cycle de réticulation a permis d’atteindre une Tg égale à 330 °C. La seconde étape a consisté à optimiser le moussage en calant la cinétique de réticulation sur la cinétique d’expansion par la détermination des temps de gel du système époxy et des temps d’expansion des microsphères. En dernier lieu, le composite expansé a été mis en œuvre grâce à l’ajout de solvant non réactif (acétone). Le deuxième volet de ces travaux a porté sur l’étude du moussage en utilisant le bicarbonate de sodium (BS) comme agent gonflant. La dualité exothermique/endothermique du procédé (exothermie de la réticulation et endothermie de la décomposition du BS) a été étudiée. Des suivis cinétique en mode isothermes et anisotermes ont été réalisés sur deux systèmes époxy (TETM/DDS et TETM/IPDA), sur le BS et sur les mélanges TETM/DDS+BS et TETM/IPDA+BS. L’ajout de fibres de basalte a fait état de différence notable sur la morphologie des mousses à base des systèmes époxy et du BS et les phénomènes de coalescence des bulles et de diffusion du gaz ont été mis en évidence. Une meilleure répartition des fibres et des bulles avec le système [TETM/IPDA] a été observé. / This work was performed within the framework of an industrial project of Roxel company. The project aim was the substitution of phenolic resin in an expanded composite material: the Roxalte®. This material is made of basalt mat impregnated by phenolic resin which expands under heating by the action of expandable microspheres (Expancel®). The second objective of this work is to provide a methodology for foaming optimization. REACH compliant epoxy resins were selected as substitute. Our choice was guided by the physical-chemical characterization of phenolic resin and the study of structure-property relationship. A high glass transition temperature system has been selected: the Tris(4-hydroxyphenyl)methane triglycidyl ether (TETM) with amine hardener diaminodiphenylsulfone (DDS). The immediate alternative solution consisted of epoxy system [TETM/DDS] and appropriate Expancel® microspheres. The microspheres have been chosen according to the curing temperature interval of the resin. The curing process optimization has been achieved and a Tg equal to 330 °C has been reached. Then the temperature that leads to equilibrium between the microsphere’s foaming kinetic and the resin gelation kinetic has been determined. The second part of this work deals with the study of foaming process using sodium bicarbonate (SB) as foaming agent. The exothermic-endothermic duality of the process (exothermicity of polymerization and endothermicity of SB decomposition) has been studied. Reaction kinetics of epoxy resins (TETM/DDS and TETM/IPDA), SB and mixes (TETM/DDS+BS and TETM/IPDA+BS) have been followed in isothermal and non-isothermal modes. Morphologies differences between TETM/DDS+BS and TETM/IPDA+BS systems and coalescence and diffusion phenomena have been observed when basalt fibers was added. Improved fibers distribution in TETM/IPDA system have been revealed.

Les mousses de calage en plastique utilisées dans les emballages sont très volumineuses et beaucoup de travaux s'intéressent à limiter leur production et à les remplacer par des matériaux qui soient biosourcés et/ou compostables mais avec des propriétés mécaniques comparables aux mousses en plastique pétrochimique. Ainsi vient l'idée de ce projet de recherche qui consiste à développer des mousses de calage à base d'amidon par extrusion réactive, en étudiant les relations : formulation – process – structure – propriétés. L'un des objectifs de ce travail de recherche est de comprendre et d'optimiser le procédé de fabrication des plaques de mousses de calage à base d'amidon afin d'assurer la stabilité et la reproductibilité du procédé. Dans le cadre de cette étude, nous avons déterminé la combinaison idéale « procédé/matière » en étudiant l'effet des différents ingrédients de la formulation sur les propriétés mécaniques et structurales des mousses résultantes. Les mousses ayant obtenu les meilleures propriétés de calage ont été caractérisées et leurs performances mécaniques, en termes d'absorption, d'amortissement et de transmission du choc lors du transport, ont été comparées à celles des mousses de calage traditionnelles d'origine pétrochimique. Nous avons également étudié le vieillissement, la biodégradabilité et la stabilité des propriétés des mousses à différentes conditions climatiques. Ces études nous ont permis de déterminer la stabilité des mousses dans le temps et leur comportement selon que l'on soit dans une région tempérée, tropicale ou autres. Dans le but d'améliorer les propriétés et les performances mécaniques des mousses et de réduire leur sensibilité à l'humidité, nous avons rajouté des fibres naturelles, des biopolymères et des charges minérales à la formulation de base et étudié leurs effets sur les propriétés des mousses résultantes. Le développement des mousses à base d'amidon par extrusion réactive a alors été optimisé. Les mousses extrudées ont obtenu des propriétés physiques et un pouvoir amortissant comparables aux mousses en plastique traditionnelles, type polyéthylène expansé, leur permettant d'être utilisées dans diverses applications dont principalement les calages qui, à l'issu de ces travaux de recherche, va être développé à l'échelle industrielle. / Foam cushions used in packaging are very light and bulky and a lot of efforts have been made to limit their production and to replace them with materials that are from renewable resources but with comparable mechanical properties to the current petroleum plastic foams. Consequently, the aim of this project, which consists of developing starch-based foam cushions by reactive extrusion, is to study the relationship between formulation, process, structure and properties. One of the research goals was to understand and optimize the manufacturing process of starch-based foam sheets to ensure the stability and the repeatability of the process. In this study, we determined the perfect « process / material » combination by studying the effects of the various ingredients of the formulation on the mechanical and structural properties of the resulting foams. The foams with the best cushioning properties were characterized and their mechanical performances in terms of absorption, cushioning and shock transmission during transport were compared to those of petrochemical foam cushions. We also studied the aging, biodegradability and stability of the foam properties at different climatic conditions. These studies allowed us to determine the long-term stability of the material and their behavior depending on their storage conditions. In order to improve the mechanical properties of the foams and to reduce their moisture sensitivity, we added natural fibers, mineral fillers and biopolymers to the formulation and studied their effects on the resulting properties. Thus, the development of starch-based foams by reactive extrusion has been optimized. The extruded foams have comparable physical properties with the conventional plastic foams, like expanded polyethylene, allowing them to be used in various applications, especially as cushioning materials, which is now ready to be developed at industrial scale.

Les tannins sont des extraits chimiques présentant une alternative naturelle aux produits chimiques de type phénol ou résorcinol issus du pétrole. Ils sont déjà utilisés industriellement pour la synthèse d’adhésifs utilisés pour la fabrication de produits à base de bois tels que les panneaux de particules et les contreplaqués, mais généralement en utilisant toujours du formaldéhyde comme durcisseur pour améliorer leur pouvoir collant. Les premiers types de produits développés dans cette thèse sont des résines adhésives pour fabriquer des panneaux de particules, synthétisées à partir de tannins de Pin Radiata et d’autres aldéhydes moins nocifs obtenus en faisant réagir de l’huile de tournesol avec de l’ozone puis avec agent réducteur. L’étude s’est portée sur les conditions de l’ozonolyse, dont les paramètres étaient nombreux, et sur les analyses des huiles obtenues, puis sur la synthèse de résines à partir de solutions de tannins. Certaines de ces résines ont été utilisées pour fabriquer des panneaux de particules qui ont été testés en cohésion interne sèche. Puis le sujet s’est orienté vers le développement de mousses rigides à base de tannins et d’alcool furfurylique dans le cadre d’un projet industriel multi-matériaux. Plusieurs formulations ont été testées pour atteindre les objectifs d’un cahier des charges, dont la finalité était d’obtenir en premier lieu des panneaux de mousse homogènes de basse densité avec de bonnes propriétés mécaniques. L’innovation apportée a été de produire ces mousses dans une presse à panneaux. Enfin, une nouvelle façon de fabriquer des polymères polyuréthanes à base de tannins a été testée en utilisant des produits chimiques moins nocifs en remplacement des isocyanates habituellement utilisés dans l’industrie. La synthèse s’est fait d’abord par une étape de carbonatation des groupes hydroxyles des tannins, puis par une réaction avec l’hexamethylènediamine. Les analyses spectrométriques montres que les produits obtenus possèdent bel et bien des liaisons uréthanes. L’étude débouché sur l’exploration de l’utilisation de tannins réagis avec de l’ammoniac pour le remplacement de l’hexaméthylènediamine afin d’obtenir de nouveaux polyuréthanes « non isocynates » avec encore plus de produits biosourcés et plus respectueux de l’environnement / Tannins are chemical extracts which represent a natural alternative to chemicals as phenol or resorcinol which are from oil resources. They are already used industrially for the synthesis of adhesives used for the manufacture of wood-based products such as particleboards and plywood, but generally always used with formaldehyde as a hardener to improve their mechanical strengths. The first products developed in this thesis are adhesive resins for the manufacture of particleboards, synthesized from Radiata Pine tannins and less hazardous aldehydes obtained by reacting sunflower oil with ozone then with a reducing agent. The study has focus first on the conditions of the ozonolysis, whose parameters are numerous, and the analysis of the oils obtained, then on the synthesis of resins with solutions of tannins. Some of these resins have been used to manufacture particleboards that have been tested in dry internal bond strength. Then the subject has been oriented toward the development of rigid tannin/furanic-based foams as part of an industrial multi-material project. Several formulations have been tested to achieve the objectives of a specification, whose first purpose is to obtain foam panels homogeneous, low in density and with good mechanical properties. The innovation has been to make these foams in a particleboard press. Finally, a new route to manufacture tannin-based polyurethane polymers has been tested by using less hazardous chemicals in replacement of isocyanates, conventionally used in the industry. The synthesis is made by a first carbonatation step of tannins hydroxyl groups and then by a reaction with hexamethylenediamine. Spectrometric analyzes have shown that the products obtained do have urethane linkages. The study led to the exploration of the use of tannins reacted with ammonia to replace hexamethylenediamine to obtain new "non isocynates" polyurethanes with more bio-based and environment-friendly chemicals

Les matériaux aujourd'hui utilisés pour l'isolation thermique en milieu aquatique sous pression hydrostatique sont soit des mousses souples à base de caoutchoucs, soit des mousses rigides, notamment syntactiques, selon la profondeur. Ces matériaux souples ont été analysés par des tests mécaniques et thermiques classiques. Cependant, les protocoles et valeurs relevées ont été adaptés à l'usage final du produit, et plus particulièrement à l'environnement aquatique en surface et en profondeur. Les relations entre les différentes caractéristiques (structures et propriétés) de ces matériaux ont été étudiées afin de définir les propriétés adéquates selon des critères pertinents. Pour mettre en évidence les propriétés thermiques sous pression hydrostatique, un outil de test a de plus été développé : une enceinte de test hyperbare innovante, pour l'évaluation de la résistance thermique et de l'épaisseur sous pression d'eau entre 0 et 50 m de profondeur. Les points forts et faibles des matières classiquement utilisées ont été clairement établis. L'analyse de ces résultats a permis d'identifier un concept de matériau composite propre à l'usage défini. Une matière innovante a été conçue en fonction : une mousse syntactique. En variant le type de particules additionnées à une matrice thermoplastique élastomère, la structure cellulaire a été affinée pour obtenir un comportement identique en milieu aquatique, en surface comme en profondeur. En parallèle de sa production industrielle, cette matière a été testée afin d'identifier les relations entre structures et propriétés. / Materials nowadays used for thermal insulation in aquatic environment under hydrostatic pressure are either rubber flexible foams or rigid foams, especially syntactic foams, depending on depth. These flexible materials were analyzed through classical mechanical and thermal tests. However, methods and results were adapted to the final usage of the product, particularly to the aquatic environment at the surface and under depth. Relationships between structures and properties characteristics were studied to define appropriate properties within relevant criteria. Moreover, to underline thermal properties under hydrostatic pressure, a testing instrument has been developed: an innovating hyperbaric test chamber, dedicated to under water pressure thermal resistance and thickness measurements, from 0 to 50 m depth. Strengths and weak points of these classical materials have been clearly established. Results analysis lead to a new concept of composite material for the defined usage. This innovating material, a syntactic foam, has been developed. By varying the particle type added to a thermoplastic elastomer matrix, the cellular structure has been refined in order to obtain a similar behaviour in aquatic environment, at the surface like in depth. This material has been tested, parallel to its industrial production, to identify relationships between structures and properties.

Une mousse de PA66 peut être obtenue à partir de granulés de PA66 expansibles en utilisant un procédé de transformation classique des polymères. Les granulés expansibles de PA66 sont préparés par extrusion bi-vis corotative en mélangeant le PA66 et un agent moussant spécifique au PA66 qui contient des fonctions isocyanate bloquées. Le moussage a lieu dans une seconde étape (extrusion ou moulage par injection) à une température supérieure à la température de préparation des granulés expansibles et suffisamment élevée pour libérer les fonctions isocyanate. Une fois libérées, les fonctions isocyanate réagissent avec les groupements terminaux acide carboxylique du PA66 (modification de la masse molaire du PA66) et l'eau présente dans le milieu réactionnel ce qui génère du CO2. L’objectif de cette thèse était de montrer comment contrôler la morphologie des mousses par le contrôle de la cinétique de réaction chimique, de la rhéologie et des paramètres d’injection. Nous avons montré qu’une augmentation du taux d’agent moussant, de la température ou du temps de séjour entraîne une augmentation de la quantité de CO2 générée. De plus, le comportement rhéologique du système PA66m/CO2 dissous, est une fonction complexe de l’état d’avancement des réactions c'est-à-dire de la quantité de CO2 générée et de la modification de la structure du PA66 (augmentation de la masse molaire): il peut être plus visqueux ou moins visqueux que le PA66 standard. Enfin, des tests de moussage en moulage par injection ont été réalisés: des mousses homogènes dont les tailles de bulles étaient de l’ordre de quelques centaines de microns et les taux de moussage compris entre 10 et 50% ont été obtenues. / PA66 foam can be obtained from expandable PA66 pellet using classical polymer processing process. The expandable PA66 pellets are prepared by mixing PA66 and a specific foaming agent which contains blocked isocyanate (NCO) moieties in twin screw extrusion. Foaming takes place in a second step (extrusion or injection molding) at a temperature higher than the temperature for the preparation of expandable beads and high enough to release the isocyanate moieties. Once released, the isocyanate moieties react with the carboxylic acid end groups of PA66 (modification of the molecular weight of PA66) and water contained in the reaction medium, which generates CO2. The aim of this PhD thesis was to be able to control the morphology of the foam by controlling the chemical reaction kinetics, rheology and injection molding parameters. We have shown that an increase of foaming agent content, temperature or residence time leads to an increase of CO2 release. In addition, the rheological behavior of the system PA66m/CO2 dissolved, is a complex function of foaming reactions progress which means, the amount of CO2 generated and the modification of PA66 structure (increase molar mass): it may be more or less viscous than standard PA66. Finally, trials of foaming by injection molding were performed: homogeneous foams with bubble sizes of the order of a few hundred microns and foaming rate between 10 and 50% were obtained.

L'objectif de cette thèse est de caractériser et comprendre la propagation d'ondes acoustiques dans les mousses solides ordonnées. Nous avons mis au point une nouvelle sonde acoustique fondée sur la diffusion multiple de la lumière cohérente. Cette sonde appelée Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy résout en temps et en espace le champ de déplacement induit par le passage de l'onde acoustique ce qui permet d'en mesurer la relation de dispersion et la longueur d'atténuation. Nous avons validé la technique LSVAS en étudiant ces propriétés pour une mousse aqueuse dont les propriétés viscoélastiques sont par ailleurs connues. Nous avons ensuite élaboré des mousses solides de structure ordonnée en gélifiant des mousses liquides monodisperses produites à l'aide d'un générateur microfluidique. En excitant des ondes acoustiques dans un guide d'onde rempli d'une telle mousse gélifiée, nous avons étudié leur propagation dans une gamme de fréquence jusqu'à 10 kHz. Les célérités longitudinales et transverses ainsi que la longueur d'atténuation mesurées simultanément à basse fréquence montrent que, l'onde acoustique se propage dans la mousse solide comme dans un milieu continu effectif viscoélastique. Les variations des célérités longitudinale et transverse de ce mode lent avec la fraction volumique des bulles sont bien décrites par la loi de Wood et elles sont en accord avec la loi semi-empirique proposée par Ashby & Gibson. Aux fréquences supérieures à quelques centaines de hertz, la longueur d'onde transverse se rapproche de la taille des bulles et le mode lent n'est plus observé. Par contre, un mode beaucoup plus rapide, avec une vitesse comparable à celle du son dans l'air, apparaît. Nous montrons comment on peut décrire ce régime et le fort couplage entre le mouvement des films et du gaz dans le cadre de la théorie acoustique de Biot. / This thesis aims at characterizing and understanding acoustic wave propagation in ordered solid foams. We developed a new acoustic probe based on coherent light multiple scattering. This probe called Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy is sensitive to the displacement field induced by the acoustic wave in time and space, so that the wave dispersion relation and attenuation can be measured. We validated LSVAS measuring the aforementioned properties in aqueous foams which viscoelastic properties were already known. We then elaborated solid foams with ordered structures by gelling monodisperse liquid foams produced with a microfluidic generator. Generating acoustic waves in a wave guide filled with such a gelled foam, we studied their propagation in a frequency range up to 10 kHz. Longitudinal and transverse wave velocities but also attenuation lengths simultaneously measured at low frequency show that the acoustic wave propagates in solid foam like in an effective viscoelastic continuous medium. Longitudinal and transverse wave velocity variations of this slow mode with gas volume fraction are well described by Wood's law and agree with the semi-empirical law suggested by Ashby & Gibson. At frequencies higher than a few hundred hertz, the transverse wavelength approaches the bubble size and this slow mode is not observed any more. Meanwhile, a much faster mode, which velocity compares to the sound wave velocity in air, appears. We show how this regime and the strong coupling between film and gas displacement in the framework of Biot's acoustic theory.

Dans le cadre de la fusion par confinement inertiel en attaque directe, l'utilisation de mousses en tant qu'ablateur permet de réduire les instabilités hydrodynamiques créées sur la cible par l'irradiation directe des faisceaux laser. Des études antérieures ont été réalisées en considérant cette mousse comme homogène. Or, étant composée de fibres de CH baignant dans du DT, elle présente un aspect hétérogène. Le but de cette thèse est d'étudier l'effet de cette hétérogénéité sur la vitesse du choc lors de l'irradiation laser de la cible. Une étude expérimentale sur tube à choc et des études numériques avec le code HERA nous ont permis de trouver que le choc se propage plus rapidement dans le milieu hétérogène que dans le milieu homogène de densité moyenne équivalente. Cette écart de vitesse dépend du taux de présence des fibres de CH, du rapport de densité entre les deux matériaux constituant la mousse, de leur coefficient adiabatique et de la géométrie de la mousse. Nous avons modélisé la mousse de diverses manières, en partant du plus simple au plus compliqué, afin de se rapprocher d'une configuration réaliste. La modification de la vitesse du choc étant dûe à la baroclinicité qui, lors de l'interaction du choc avec l'interface entre le CH et le DT, crée un dépôt de vorticité, responsable de l'accélération du choc. Par conséquent, une interface plane et perpendiculaire au front de choc maximise ce dépôt de vorticité et augmente les écarts de vitesse entre milieux hétérogènes et homogènes. Une corrélation entre l'énergie cinétique derrière le choc et la différence relative des vitesses de choc a été trouvée. Nous avons comparé nos résultats à deux modèles analytiques, mais le système n'étant pas fermé, nous ne pouvons pas, pour le moment, élaborer de modèle prédictif. / In the frame of the inertial confinement fusion in direct drive, the use of CH(DT) foams as ablator allows the reduction of hydrodynamic instabilities created on the target by the direct laser irradiation. In the past, studies have been carried out considering this foam to be a homogeneous medium. Yet, the foam is composed of CH and DT, so it presents heterogeneous features. We study the effects of the heterogeneity on the shock velocity when the laser irradiates the target. Thanks to experimental and numerical studies, we show that the shock propagates faster in the heterogeneous medium than in the homogeneous one with the same averaged density. This velocity gap depends on the presence rate of the CH fibers in the foam, the density ratio, the adiabatic coefficient and the foam geometry. We modelize the foam by different ways, more and more complex. The shock velocity modification is due to the baroclinicity which, during the interaction between the shock front and the interface, creates a vorticity deposition, responsible for the shock accceleration. Accordingly, a interface, which is plane and perpendicular to the front shock, maximises the vorticity deposition and increases the velocity gaps between heterogeneous and homogeneous media. We found a correlation between the kinetic energy behind the shock front and the velocities relative difference. We compared our results with two analytical models. However, the system is not closed, so we can't, for the moment, develop a predictiv model.

Afin de mieux comprendre la stabilité des mousses de verre, des expériences à l'échelle d'une bulle et d'un film vertical sont réalisées pour différentes composition de verre, viscosité, taille de bulle, et gaz à l'intérieur de la bulle. L'épaisseur du film au-dessus de la bulle est mesurée par interférence optique et décroît exponentiellement avec le temps sous l'effet des forces de pesanteur et capillaires. Le temps de vie de la bulle doit être divisé en deux étapes. En premier, le taux d'amincissement dépend du nombre de Bond. Ensuite, un écoulement contraire est observé aux fortes températures pour les verres sodo-sili-calcite. Ce phénomène également observé pour des films verticaux et s'explique par des écoulements Marangoni dus à l'évaporation de substances telles que le sodium qui engendre des variations de composition et de tension de surface. Des petites bulles sont crées à la surface libre lors de l'éclatement de grosses bulles à la surface d'un verre fondu faiblement visqueux / For investigating glass foams stability, experiments with a single bubble rising towards the free surface of molten glass and with vertical films are performed for several values of glass chemical composition, viscosity, bubble size and gas nature. The glass lamella on top of the bubble is observed by video-recording and its thickness evolution is measured by optical interferometry. The lamella thins as a result of buoyancy and capillary forces and then it ruptures. Actually the lamella thinning occurs in two steps. In the first step, the drainage is regular and the thinning rate depends on Bond number. In the second step a backward flow is observed above 1200°C for ordinary soda-lime-silica glass, which is explained as Marangoni counter flow due to evaporation of volatile species such as sodium. As the lamella ruptures tiny bubbles are created by the rupture of bubble lamella on the free surface for large bubbles and low viscosity of the melt

Dans cette thèse, on a étudié les propriétés rhéologiques et moussantes de phases de bicouches, de type lamellaire et éponge, en utilisant le système expérimental SDS/hexanol/saumure. On a également préparé des mousses avec ces deux phases de bicouches, dont on a étudié la stabilité et les mécanismes d’évolution dans le temps. En premier lieu, les propriétés rhéologiques de la phase éponge ont été examinées. Les échantillons ayant une fraction volumique de membrane phi ≥ 0.08 se comportent comme des fluides Newtoniens. Avec les moins concentrés, phi = 0.05 et 0.024, un changement de viscosité est observé à environ 1000 et 100 s⁻¹, respectivement. Ce changement pourrait être lié à une transition de la phase éponge vers une phase lamellaire induite par cisaillement. Les changements de viscosité qui suggèrent une transition éponge-lamellaire induite par l’écoulement ont été plus facilement détectés pour l'échantillon de fraction volumique phi = 0.024. Pour cet échantillon, il a été constaté qu’à des températures plus basses ou lors de l’ajout d’un polymère hydrosoluble (PEG), la variation de la viscosité liée à la transition de phase éponge-lamellaire se produit à des valeurs inférieures de la vitesse de cisaillement. L’étude des propriétés rhéologiques de la phase lamellaire a ensuite été menée. Les expériences ont révélé le comportement de gel faible des échantillons. A une fréquence de 10 rad/s et dans un intervalle de température compris entre 5 à 50 °C, il n’y a aucun changement perceptible des modules G’ et G’’, donc pas de transition de phase, sauf pour les échantillons les moins concentrés : dans ce cas, la température a un effet plus marqué, et la structure lamellaire évolue probablement. Lorsque le taux de cisaillement augmente, il a été observé que les échantillons avec phi ≥ 0.10 présentent une forte augmentation de la viscosité à partir d’une valeur seuil du taux de cisaillement. Cette observation, combinée avec des résultats de Rhéo-SAXS, a permis de conclure qu’il y a une transition vers une phase de vésicules (ou oignons) induite par l’écoulement. Les expériences de Rhéo-SAXS ont montré que, après l’arrêt du cisaillement, la phase de vésicules relaxe vers la phase lamellaire initiale au bout d’un temps typique d’une demi-heure. Enfin, des mousses ont été obtenues par incorporation de bulles d’air dans les phases lamellaire et éponge précédemment étudiées. Les mousses faites avec les phases lamellaires présentent une grande stabilité, probablement en raison de la viscosité élevée de ces gels. De plus, ces gels présentent des contraintes seuils d’écoulement faibles. Lorsque les bulles sont petites, la contrainte seuil est supérieure à la contrainte de pesanteur sur les bulles de la mousse (force d’Archimède). Mais ces bulles grossissent avec le temps (mûrissement dû aux différences de pression de Laplace entre bulles) et lorsque la contrainte de pesanteur dépasse la contrainte seuil du gel, le drainage de la mousse commence. On a constaté que la taille des bulles évoluait avec le temps en suivant une loi de puissance. Cependant, l’exposant (≈ 0.25) est plus petit que ceux trouvés pour le mûrissement d’Ostwald (0.333, valable pour des bulles isolées) ou le mûrissement des mousses (0.5). Le fait que l’exposant trouvé soit plus petit pourrait être lié à la réorientation des domaines lamellaires lors du mûrissement. Enfin, les mousses préparées avec des phases éponge présentent une faible stabilité probablement due aux passages internes entre bicouches qui forment la structure éponge, passages qui pourraient faciliter la coalescence des bulles. Deux scénarii ont été détectés lors de l’évolution de ces mousses: à basse fraction volumique de membrane, l’effondrement de la mousse commence pendant son drainage, alors que les mousses faites avec les échantillons les plus concentrés ont le temps de mûrir avant de s’effondrer. / In this thesis a study of the rheological and foaming properties of the lamellar and sponge phases of the SDS/hexanol/brine system was performed. Shear rate and temperature sweeps were done to analyze the rheology of the lamellar and sponge phases, adding frequency sweeps for the lamellar phase samples. Also, foamability and foam stability tests of foams made with these two phases were done. Sponge phase samples with membrane volume fractions phi ≥ 0.08 showed a Newtonian behavior, whereas in the less concentrated ones, phi 0.05 and 0.024, a change in viscosity was seen at shear rate values near to 1000 and 100 s ⁻¹, respectively. This change can be linked to a shear induced transition sponge to lamellar phase. Results indicate that temperature and the addition of the hydrosoluble polymer PEG affect the shear rate value at which this transition occurs. Lamellar phase samples with phi ≥ 0.10 presented a sharp increase in viscosity at intermediate shear rate values. The standard rheology technique together with Rheo-SAXS experiments allowed us to infer that there is a shear induced phase transition to vesicle phase. Rheo-SAXS data confirmed that the average interlamellar vesicle phase decreases by the effect of shear rate, and, when shear is stopped, the vesicle structure is relaxed and goes back to the lamellar phase after certain time. Foams made with lamellar phase samples showed a high stability and it was found that the time evolution of the bubble diameter follows a power law equation with exponents smaller than those reported for coarsening and Ostwald ripening. The small values of these exponents seem to be related with orientation defects of the liquid crystalline phase. On the opposite, the foams made with the sponge phase samples presented poor stability, as a possible consequence of the passages that form their structure that could facilitate coalescence of bubbles.