The primary objective of this research is to develop a mathematical framework that could be used to model or predict the rate of fluid absorption and release in fibrous sheets made up of solid or porous fibers. In the first step, a two-scale two-phase modeling methodology is developed for studying fluid release from saturated/unsaturated thin fibrous media made up of solid fibers when brought in contact with a moving solid surface. Our macroscale model is based on the Richards’ equation for two-phase fluid transport in porous media. The required constitutive relationships, capillary pressure and relative permeability as functions of the medium’s saturation, are obtained through microscale modeling. Here, a mass convection boundary condition is considered to model the fluid transport at the boundary in contact with the target surface. The mass convection coefficient plays a significant role in determining the release rate of fluid. Moreover the release rate depends on the properties of the fluid, fibrous sheet, the target surface as well as the speed of the relative motion, and remains to be determined experimentally. Obtaining functional relationships for relative permeability and capillary pressure is only possible through experimentation or expensive microscale simulations, and needs to be repeated for different media having different fiber diameters, thicknesses, or porosities. In this concern, we conducted series of 3-D microscale simulations in order to investigate the effect of the aforementioned parameters on the relative permeability and capillary pressure of fibrous porous sheets. The results of our parameter study are utilized to develop general expressions for kr(S) and Pc(S). Furthermore, these general expressions can be easily included in macroscale fluid transport equations to predict the rate of fluid release from partially saturated fibrous sheets in a time and cost-effective manner. Moreover, the ability of the model has been extended to simulate the radial spreading of liquids in thin fibrous sheets. By simulating different fibrous sheets with identical parameters but different in-plane fiber orientations has revealed that the rate of fluid spread increases with increasing the in-plane alignment of the fibers. Additionally, we have developed a semi-analytical modeling approach that can be used to predict the fluid absorption and release characteristics of multi-layered composite fabric made up of porous (swelling) and soild (non-swelling) fibrous sheets. The sheets capillary pressure and relative permeability are obtained via a combination of numerical simulations and experiment. In particular, the capillary pressure for swelling media is obtained via height rise experiments. The relative permeability expressions are obtained from the analytical expressions previously developed with the 3-D microscale simulations, which are also in agreement with experimental correlations from the literature. To extend the ability of the model, we have developed a diffusion-controlled boundary treatment to simulate fluid release from partially-saturated fabrics onto surfaces with different hydrophilicy. Using a custom made test rig, experimental data is obtained for the release of liquid from partially saturated PET and Rayon nonwoven sheets at different speeds, and on two different surfaces. It is demonstrated that the new semi-empirical model redeveloped in this work can predict the rate of fluid release from wet nonwoven sheets as a function of time.

The superficial tangential zone (STZ) plays a significant role in normal articular cartilage’s ability to support loads and retain fluids. To date, tissue engineering efforts have not replicated normal STZ function in cartilage repairs. Finite element models were developed to examine the STZ’s role in normal and repaired articular surfaces under different contact conditions. Models were developed by incrementally adding improvements which culminated in contact loading of curved models by permeable and impermeable rigid surfaces and a normal cartilage layer. In the normal STZ, permeability was strain-dependent on volumetric strain; tension-compression nonlinearity modeled collagen behavior. Nonlinear geometry accounted for finite deformation. Results showed that STZ properties of sufficient quality maybe critical for the survival of transplanted constructs in vivo. As compared to rigid surfaces, loading via normal cartilage provided more physiologic results. These models can provide guidance in identifying critical features for the design of tissue engineered articular cartilage constructs.

Au cours de la production d'hydrocarbures, l'extraction de fluides fait décroître la pression de pore dans les réservoirs (« depletion »). Ceci induit un changement du champ de contraintes qui résulte en une augmentation des contraintes effectives appliquées sur le réservoir. Les mesures in situ montrent que les variations de contraintes peuvent être décrites par un paramètre appelé chemin de chargement (stress path), défini comme le rapport entre la variation de contrainte effective horizontale et la variation de contrainte effective verticale par rapport aux conditions initiales dans le réservoir. La compaction induite par la production d'hydrocarbures peut avoir de graves conséquences dans le cas de roches faiblement consolidées car elle induit des variations des propriétés pétrophysiques des roches in situ, notamment de la perméabilité, un des paramètres les plus importants pour estimer la performance d'un réservoir mais aussi un des plus difficiles à mesurer. Pour compliquer encore les choses, la perméabilité est souvent anisotrope dans les réservoirs avec de forts contrastes entre la perméabilité horizontale kh et la perméabilité verticale kv.L'objectif de cette étude est de comprendre l'influence des chemins de chargement sur le comportement mécanique et les évolutions couplées de perméabilité pour un sable quartzeux (Sable de la Durance, DS) et un grès faiblement consolidé (grès d'Otter Sherwood, OSS, qui constitue la roche réservoir du champ pétrolier de Wytch Farm en Angleterre). Nos résultats montrent que le grès peu consolidé présente un comportement mécanique similaire à celui de roches consolidées. Au contraire, le sable présente un comportement différent, avec une transition plus graduelle entre les régimes de déformation qui nécessite d'utiliser un critère basé sur l'évolution du rayon de courbure des courbes contraintes-déformations pour déterminer les contraintes limites : cette méthode a été validée par une étude d'analyse des émissions acoustiques pour caractériser l'endommagement. Les domaines de déformation élastique et plastique ont été bien définis et les contraintes limites ont été comparées aux prédictions du modèle Cam-Clay modifié et du modèle d'enveloppe limite normalisée. Les perméabilités horizontale et verticale ont été mesurées sous contraintes. Pour analyser l'influence des effets de bord dans les essais mécaniques, les perméabilités mesurées soit classiquement sur toute la longueur de l'échantillon, soit entre deux points intermédiaires ont été comparées. Pour l'écoulement horizontal, les facteurs géométriques et facteurs d'anisotropie ont été déterminés par des simulations numériques en éléments finis afin de pouvoir déterminer les vraies valeurs de perméabilité horizontale. L'évolution de la perméabilité suit l'évolution de la déformation des matériaux et est contrôlée aussi bien par la déformation volumique que par la déformation en cisaillement. A partir de nos mesures il est possible de séparer l'effet de la pression moyenne de l'effet de la contrainte déviatorique sur l'évolution de la perméabilité en construisant des cartes d'isoperméabilités dans l'espace des contraintes. Enfin une modélisation élasto-plastique a été réalisée pour prédire le comportement hydro-mécanique du grès faiblement consolidé. L'approche utilisée permet de prédire de manière satisfaisante l'évolution de la perméabilité avec les contraintes, à partir d'une loi exponentielle fonction de la déformation effective. Au contraire, pour le sable de la Durance le lien entre l'évolution de la perméabilité et la déformation est loin d'être évidente, notamment aux faibles contraintes où la réduction de perméabilité est très rapide. Pour mieux comprendre ces évolutions de perméabilité, une analyse de l'endommagement a été réalisée par des mesures sur échantillons et en utilisant des techniques d'imagerie à plusieurs échelles. / During hydrocarbon production, the extraction of fluid induces a decrease of pore pressure called depletion. This depletion causes a change in the stress field that results in an increased stress on the rock by enhancement of the effective stress in the reservoir. In situ measurements show that the stress variations can be described by the so-called stress path parameter, defined as the ratio of the change in effective horizontal stress by the change in effective overburden stress from initial reservoir conditions. This production induced compaction can have severe consequences in the case of poorly consolidated reservoirs. Compaction induces variations of petrophysical properties of in situ rocks and particularly permeability variations, one of the most important parameters controlling reservoir performance. Yet it is one of the most difficult property to measure. To complicate matters further, permeability anisotropy is often found in reservoirs. Therefore the horizontal permeability kh, may be different from the vertical permeability kv.The aim of this study is to understand the influence of stress paths on the mechanical behavior and coupled permeability evolutions of a Quartz sand (Durance Sand, DS) and a weakly consolidated sandstone (Otter Sherwood Sandtone, OSS which is the reservoir rock of the Wytch Farm oil field, UK). We found that the weakly consolidated rock presents a mechanical behavior similar to that of consolidated rocks. However, the sand shows a different behavior, with a gradual transition regime which requires the use of a curvature criterion to peak yield stresses on the stress-strain evolution plot; this criterion has been validated on the basis of Acoustic Emission analysis. The elastic and plastic deformation regimes are well identified and the determined yield stresses are fitted using the modified Cam-Clay and Elliptic Cap models for all observed onsets of plastic yielding. Both vertical and horizontal permeability have been measured during loading. To analyze the influence of end effects during loading in the triaxial cell, permeabilities measured over the mid-section and over the total core length were compared. For the horizontal flow, the geometrical and anisotropy factors were determined using Finite Element simulations in order to calculate the correct horizontal permeability. Permeability evolution follows closely the material deformation and is controlled by both volumetric and shear strains. It is possible to infer the effect of the mean pressure and/or the deviatoric stress on the permeability evolution by building isopermeability maps in the stress space. Finally, an application of elasto-plastic modeling to predict the hydromechanical behavior of the weakly consolidated rock is presented. This approach allows a satisfying prediction of the permeability evolution with stresses, using an exponential function of an effective strain. Reversely for DS, the link between strain and permeability is not obvious as permeability reduction is pronounced at early stage of loading. To understand these permeability evolutions, a damage analysis has been performed using core analysis measurements and multi-scale imaging.

Ces travaux portent sur l’étude du transfert de l’arôme viennoiserie encapsulé dans une matrice constituée du mélange gomme acacia – maltodextrines et incorporé dans une génoise emballée (plastiques et papier), dans des conditions contrôlées de stockage (humidité relative et température). Le procédé d’encapsulation utilisé dans cette étude est la lyophilisation. Les propriétés physicochimiques des molécules volatiles influencent leur rétention. Ainsi, les molécules hydrophobes à haut poids moléculaire sont mieux conservées dans ce système. L’incorporation de capsules d’arômes dans les génoises influence leurs propriétés physiques (la couleur et la texture) et favorise la formation d’une croûte pouvant jouer un rôle barrière sur les transferts d’arômes. Au cours du stockage des génoises emballées, l’apport positif de l’encapsulation sur la rétention des arômes a été révélé. Le type d’emballage peut influencer la perte en composés d’arôme dans l’espace de tête génoise – emballage. Ainsi, les emballages plastiques offrent une meilleure conservation des molécules volatiles par rapport aux papiers traités / This study deals with transfer of viennoiserie aroma encapsulated in a acacia gum - maltodextrines matrix and incorporated in a packaged sponge cake (plastic and treated-paper), under controlled storage conditions (temperature and relative humidity). The process of encapsulation used in this work is freeze-drying. The physicochemical properties of the volatiles molecules influence their retention in the matrix. Thus, the hydrophobic molecules with high molecular weight are more retained. The incorporation of capsules in the sponge cake matrix influences the physical properties of food matrix (color and texture) and supports the formation of a crust which acts as a barrier in the flavour transfer. It was noted that encapsulation contributed in retaining flavour compounds during the storage of packaged sponge cake. Also, the type of packaging can influence the loss of flavour in the headspace between sponge cake and packaging. Indeed, plastic packaging offers a better conservation of volatiles molecules compared to treated-papers

Ce travail a pour but de concevoir des outils d'analyse d'image 3D de matériaux poreux, obtenues par microtomographie à rayons X, afin de caractériser géométriquement la structure micronique des pores et de mettre en évidence le lien entre microgéométrie et propriétés de transport macroscopiques. Partant d'une image segmentée, une séquence complète de traitements (filtrage d'artefacts, squelettisation, LPE, etc.) est proposée pour positionner et délimiter les pores. Une comparaison aux techniques existantes est faite, et une méthodologie qualifiant la robustesse des procédures est présentée. Cette décomposition est utilisée, premièrement pour extraire des descripteurs géométriques de la microstructure porale qui sont examinés en rapport avec la perméabilité intrinsèque ; deuxièmement pour aider à la construction d’un réseau de pores permettant d’effectuer des simulations numériques. / The objective of this work is to develop 3D image analysis tools to study the micronic pore structure of porous materials, obtained by X-ray microtomography, and study the relation between microgeometry and macroscopic transport properties. From a binarised image of the pore space, a complete sequence of processing (artefact filtration, skeletonisation, watershed, etc. ) is proposed for positioning and delimiting the pores. A comparison with available methods is performed, and a methodology to qualify the robustness of these processes is presented. The decomposition is used, firstly for extracting geometric parameters of the porous microstructure and studying the relation with intrinsic permeability; secondly to produce a simplified pore network on which to perform numerical simulations.

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Intéressée par la situation sociolinguistique de notre pays d'origine, la Pologne, où l'argot carcéral finit par pénétrer dans d'autres sociolectes, nous nous sommes aussi intéressée au cas français en vue d'explorer la même question. Pour ce faire, notre étude a été réalisée dans deux milieux de référence, à savoir celui des détenus d’une part et celui des non détenus d’autre part. Dans le cadre de la méthode d’enquête sociolinguistique nous avons soumis à ces deux milieux de référence un questionnaire comportant un ensemble choisi d’argotismes carcéraux. Notre travail de recherche nous a permis d’examiner la fiabilité du lexique recueilli et de confirmer l’existence d’une pratique langagière essentiellement carcérale, ce qui nous amène à définir la spécificité de l'argot des prisons utilisé dans un cadre carcéral. Par ailleurs est étudiée la perméabilité de la langue familière française au vocabulaire argotique carcéral, ce qui aboutit à mettre au jour les fonctions remplies par l'argot des prisonniers en milieu carcéral. De plus, la confrontation des deux publics permet de dégager les similarités et les différences dans les résultats, ainsi que d'établir une correspondance entre leur profil social et leur pratique linguistique. / The interest in the topic arose by dint of inspiration drawn from observing a sociolinguistic situation in my native country, Poland, where prison slang proves to permeate other sociolects, in particular youth slang, which turned out to be an excellent point of departure for embarking on a similar survey in France. The research was carried out in two different groups: prisoners and non prisoners. Within the framework of a sociolinguistic study, both of them were requested to complete a questionnaire containing 40 units of prison slang vocabulary. First of all, the research was designed to examine the reliability of a selected lexicon and to confirm a genuine prison slang usage in this particular environment. Furthermore, the paper was supposed to define the degree of permeability of the French colloquial language to prison slang vocabulary as well as to shed some new light on different roles played by this specific language within a prison community. Moreover, the comparison of two groups' performance revealed important similarities and differences and brought to light the correlation between social and linguistic variables.

El concreto permeable es un concreto especial, el cual permite el paso del agua a través de su estructura gracias al alto porcentaje de vacíos que posee a diferencia del concreto tradicional. Esta cualidad del concreto permeable permite acabar con la falta de permeabilidad en las estructuras tradicionales de concreto evitando las fallas estructurales debido al encharcamiento y escurrimiento del agua. En esta investigación se realizó el diseño de mezcla del concreto permeable con una resistencia de 210 kg/cm2, aplicando el método ACI 522.R para poder aplicarlo como una alternativa de carpeta de rodadura en pavimentos. Para ello se realizaron diferentes diseños de mezcla en laboratorio hasta encontrar el diseño óptimo para obtener una resistencia a la compresión de 210 kg/cm2, el diseño de mezcla elegido contaba con las siguientes características: relación agua/cemento de 0.38, porcentaje de vacíos de 13%, 1.5% de aditivo Superplastificante y 7% de arena. Para validar la investigación se realizó la construcción de un prototipo con el diseño elaborado en laboratorio con un área de 2.00 m2 (1.00m x 2.00m). Al concreto en estado fresco se le analizaron sus características de consistencia, densidad y contenido de vacíos; en el estado endurecido se realizaron los ensayos de compresión, permeabilidad y flexión, además de aplicarle una prueba de carga. Los resultados indicaron que el diseño de mezcla usado en el prototipo con resistencia a la compresión de 261.58 kg/cm2 y permeabilidad de 0.01744 m/s puede usarse como alternativa de superficie de rodadura para un pavimento. / Pervious concrete is a special type of concrete which allows the passage of water through its structure due to its high percentage of voids unlike traditional concrete. This quality of pervious concrete allows to end the lack of permeability in traditional concrete structures thus preventing structural failures due to flooding and water runoff. This research will seek to find a mix design for pervious concrete to apply it as an alternative road surface for pavements. To verify the above, different mix designs were performed in laboratory to find the design that give us a compressive strength of 210 kg/cm2, the chosen design had the following features: water - cement ratio of 0.38, 13% air content, 1.5% additive superplasticizer and 7% of sand. To validate the research, a prototype was built with the chosen mix design, this prototype had an area of 2 m2 (1m x 2m). The fresh concrete was analyzed for its consistency, density, and void percentage; the hardened concrete was analyzed for its compressive strength, permeability and flexural strength, finally the prototype was load tested. The results indicated that the mix design used in the prototype with compressive strength of 261.58 kg/cm2 and a permeability of 0.01744 m/s can be used as an alternative rolling surface for pavements. / Tesis

Les objets électromagnétiques sont conçus en considérant des matériaux aux propriétés radio-électriques (permittivité, perméabilité) homogènes. Néanmoins, lors de leur réalisation les matériaux réels peuvent présenter des fluctuations de ces propriétés. Ce travail porte sur la mise au point d'outils capables d'estimer le champ diffusé produit par les fluctuations. Trois méthodes ont été mises au point : EMFORS, ABE et RECY pour la détermination du champ diffusé par des fluctuations de permittivité et de perméabilité. La modélisation de la contribution des fluctuations de perméabilité est une avancée significative. En effet, il n'existait pas d'outil traitant ce problème dans toute sa généralité pour estimer le champ diffusé par cette fluctuation. L'absence de magnétisme aux fréquences des ondes optiques en est la principale raison.La méthode RECY est une méthode qui permet d'estimer à l'aide du principe de réciprocité le champ diffusé dans un objet quelconque à partir de la simple connaissance du champ dans l'objet sans défaut et de la fluctuation. Cette méthode permet une fois le calcul du champ idéal effectué par une méthode quelconque (analytique ou numérique) de calculer le champ diffusé de n'importe quelle forme de fluctuation. Nous avons appliqué RECY à des structures comme un réseau simple, une structure industrielle et aux cristaux photoniques. / Electromagnetic objects are designed by considering homogeneous materials properties (permittivity, permeability). However, during their realization real materials may present fluctuations of their properties. This work focuses on the development of tools able to estimate scattered fields produced by fluctuations. Three methods have been developed: EMFORS, ABE and RECY for the determination of the scattered field by fluctuations of permittivity and permeability. Taking into account permeability fluctuations is a significant advance. Indeed, there was no tool to estimate the scattered field by such a fluctuation, due to the absence of magnetic properties at optical frequencies.The RECY method is a method which allows to estimate the field in an object using the principle of reciprocity from the knowledge of the field in the object without defect and of the fluctuation function. This method allows, once the ideal field calculated by any method (analytic or digital), to obtain the scattered field from any structure.We applied RECY for structures such as elementary gratings, an industrial structure and photonic crystals.

Les mousses liquides sont très utilisées dans l'industrie comme dans la vie quotidienne. Cependant, leur stabilité n'est ni complètement comprise ni complètement maîtrisée, la formulation étant essentiellement empirique. Il est donc difficile d'une part de prédire la capacité d'une solution de tensioactifs à générer des mousses et d'autre part de prédire et de contrôler leur déstabilisation. Ce travail de thèse propose des expériences conceptuellement simples qui s'appuient sur le caractère multi-échelle des mousses pour tenter d'établir des liens clairs entre physico-chimie et mécanismes de déstabilisation. Dans un premier temps, nous avons revisité une expérience d'entraînement de films liquides sur un cadre pour illustrer la stabilité des films lors de la génération des mousses ou pendant un réarrangement (processus T1). Nous avons mis en lumière l’existence de deux régimes. Un régime dit non confiné, pour lequel la stabilité des films et réduite et dépend de la physico-chimie. Un régime dit confiné pour lequel le rôle de la physico-chimie est limité et la stabilité est majoritairement contrôlée par l’hydrodynamique.Dans un second temps nous nous sommes intéressés à l'influence de la physico-chimie et de la fraction liquide sur la compétition entre coalescence et mûrissement grâce à l'étude d'une unique couche de bulles (mousse 2D). Nous proposons une méthode de mesure in situ de la perméabilité des films par l'étude simple et rapide du régime transitoire du mûrissement de mousses 2D. Nous avons observé une corrélation entre coefficient de diffusion du gaz contenu dans les bulles et perméabilité.Enfin nous décrivons les résultats d’une expérience spatiale sur le vieillissement à temps long des mousses humides (fraction liquide supérieure à 30% en volume), extrêmement difficile sur Terre à cause du drainage gravitaire, et à laquelle nous avons participé. / Liquid foams are widely used in industry and in everyday life. However, their stability is not fully understood or fully controlled, their formulation being essentially empirical. It is therefore difficult to predict the ability of a surfactant solution to generate foam and to control their destabilization. This thesis proposes simple experiments that rely on the multi-scale nature of foams in order to attempt to establish clear links between physical chemistry and stability.First of all, we revisited an experiment of liquid films entrainment to illustrate the stability of foam films during generation or rearrangement (T1 process). We have shown the existence of two regimes: (i) a unconfined regime, for which the stability of films is reduced and depends on physical chemistry and (ii) a confined regime for which the role of physical chemistry stability is limited and is mainly controlled by hydrodynamics.Secondly, we investigated the influence of physical chemical and liquid fraction on the competition between coalescence and coarsening thanks to the study of a single layer of bubbles (2D foam). We propose a method for in situ measurement of the permeability of films by simple and fast study of the transient regime of coarsening in 2D foam. We observed a correlation between diffusion coefficient of gas and permeability.Finally we describe the results of a space experiment on wet foam aging at large times (volume liquid fraction higher than 30%), extremely difficult on Earth because of gravity drainage, and to which we participated.