L'étude des phénomènes fondamentaux de transport et de thermodynamique apparaissant lors de l'évaporation en milieu poreux permet l'investigation d'applications pratiques variées. Dans ce travail, nous développons des modèles fondamentaux d'évaporation en milieu poreux que nous appliquons ensuite au séchage en lit fluidisé de deux matériaux granulaires poreux : le PVC et la levure. Les modèles mis au point sont réalisés suivant une approche multiéchelle. Nous nous intéressons tout d'abord aux phénomènes se déroulant à l'échelle d'un pore. Les modèles développés à cette échelle sont ensuite exploités dans le cadre d'une étude à l'échelle d'un grain poreux. Le couplage des modèles de grain avec un modèle à l'échelle du réacteur permet alors l'étude des applications industrielles. A l'échelle du pore, nous étudions les phénomènes de transport dans un capillaire initialement rempli de liquide qui s'évapore vers l'atmosphère ambiante. L'objectif est de prédire le taux d'évaporation dans cette configuration. Nous nous intéressons successivement à la modélisation du transport de matière par convection-diffusion en phase gazeuse et la modélisation de l'impact de films liquides adsorbés à la paroi du capillaire sur le transport de matière. Ces deux modèles sont confrontés à des expériences d'évaporation en capillaires cylindriques visualisées à l'aide de deux dispositifs optiques. Le premier offre un suivi d'ensemble au cours du temps du capillaire, alors que le second, un interféromètre de Mach-Zehnder, permet une visualisation locale de la région entourant le ménisque. Le modèle portant sur le transport de matière par convection-diffusion mène à la définition d'un critère non dimensionnel permettant d'évaluer si la convection dans la phase gazeuse dans le capillaire doit être prise en compte pour évaluer le taux d'évaporation. Le modèle de film permet de prédire l'impact de celui-ci sur l'évaporation en présence d'un gaz inerte lorsque les mouvements convectifs en phase gazeuse sont négligeables. La confrontation de ce modèle avec les profils d'épaisseur des films obtenus à l'aide de interféromètre de Mach-Zehnder ne permet pas de valider le modèle, et ce, suite à une trop grande incertitude sur l'évaluation des interactions entre la paroi et le liquide. A l'échelle d'un grain, nous développons un modèle discret par réseau de pores et deux modèles continus pour tenter de prédire le taux d'évaporation et la distribution des phases dans le milieu poreux. Le modèle par réseau de pores prend en compte les transports de matière par diffusion en phase gazeuse, par convection dans les pores remplis de liquide et par convection dans les films liquides. Les effets visqueux en phase liquide sont également modelisés. Pour la prise en compte de ces derniers, nous montrons l'importance de l'usage d'un algorithme approprié. Nous évaluons ensuite au travers de trois nombres sans dimensions l'impact du transport par film et des effets visqueux sur l'évaporation et la distribution des phases. Cette analyse dimensionnelle est ensuite appliquée à l'étude de réseaux de pores pour lesquels la section des liaisons les constituant est idéalisée par des polygones réguliers. Pour les modèles continus après une vérification simplifiée de l'applicabilité de cette démarche, nous développons deux modèles simples. Dans les deux modèles, l'étape de séchage à vitesse constante est supposée limitée par le transport de matière externe au grain. Le premier modèle, dit à front pénétrant, suppose que l'étape de séchage à vitesse décroissante correspond à l'existence d'un front d'évaporation qui s'enfonce dans la matrice poreuse. Le second modèle, dit à surface d'échange variable, attribue cette même étape du séchage à une diminution progressive de la surface d'évaporation en surface du grain. A l'échelle du réacteur, nous présentons deux modèles visant à simuler deux types d'essais différents : le séchage en lit fluidisé et la thermogravimétrie analytique. Ces deux modèles sont couplés aux différents modèles à l'échelle de grain pour étudier le séchage de PVC et de levure tant en lit fluidisé que lors des essais de thermogravimétrie analytique. Dans le cas du PVC, le modèle par réseau de pores ne peut pas être appliqué de par la nécessité d'une trop grande puissance de calcul. Au niveau des modèles continus, nous montrons que l'application du modèle à surface d'échange variable permet de reproduire les courbes de séchage expérimentales des essais en lit fluidisé. Dans le cas de la levure, nous appliquons le modèle par réseau de pores et le modèle à front pénétrant. L'utilisation du modèle par réseau de pores nécessite une connaissance plus détaillée de la structure poreuse des grains. Le traitement d'une analyse par microtomographie nous permet d'obtenir un réseau de pores expérimental. Celui-ci est utilisé pour montrer que la méthode de caractérisation de la porosité par intrusion de mercure ne semble pas adaptée à un matériau deformable comme la levure. Le même réseau est utilisé pour simuler le séchage de grains de levure à l'aide du modèle par réseau de pores. Les simulations sont réalisées sur des réseaux équivalents à des coupes dans le solide. Le modèle par réseau de pores et le modèle à front pénétrant permettent tous deux de modéliser correctement le séchage de levure en lit fluidisé moyennant l'ajustement de leurs paramètres ajustables, respectivement la conductibilité des films liquide et la tortuosité. Pour l'essai de thermogravimétrie, ils ne parviennent à approcher que la première étape de celui-ci. Les avantages, défauts et complémentarités de ces deux modèles sont discutés. Nous évaluons ensuite l'impact du rétrécissement de la levure et des types d'eau sur le séchage de ce matériau. Le rétrécissement est, pour ce faire, mesuré à l'aide d'un stéréomicroscope. Ces premières mesures, exploratoires, mènent à la définition d'un modèle empirique de retrait du solide au cours de son séchage. En le prenant en compte dans les modèles déjà appliqués à la levure, nous montrons que le retrait a un impact significatif sur l'étape de séchage à vitesse décroissante. Cet impact peut cependant être masqué intégralement par la réévaluation des paramètres ajustables des différents modèles. Finalement, l'étude des types d'eau au travers d'un modèle simple appliqué à l'essai de thermogravimétrie analytique montre que les types d'eau ne doivent pas être pris en compte pour modéliser le séchage de levure. A l'issue de ce travail, nous disposons donc de modèles fondamentaux d'évaporation en milieu poreux. Ceux-ci peuvent être appliqués à des cas d'intérêt industriel, comme nous le réalisons pour le PVC et la levure. Ils peuvent servir à améliorer la compréhension de ces procédés. Ils représentent donc des outils de choix pour la conception, le dimensionnement et l'optimisation du séchage.

L'élaboration de réseaux poreux pi-conjugués par l'auto-organisation de molécules organiques, les cyclotriphosphazènes spirocycliques, a été explorée. L'étude de la stabilité des réseaux obtenus à partir du tris(o-phénylènedioxy)cyclotriphosphazène (TPP) conjointement à l'étude de la réactivité du N3P3Cl6 face à l'attaque nucléophile de différents dérivés du catéchol ont permis de définir de nouvelles cibles. Dans ce cadre, un nouveau composé, le tris(2,3-triphénylènedioxy)cyclotriphosphazène (TTPP) dans lequel le motif central est substitué par trois systèmes pi-conjugués étendus de type triphénylène a été synthétisé. Les tectons TTPP, de symétrie C3, présentent une orientation atypique des motifs aromatiques. Leur forme, analogue à celle d'une roue à aubes, leur permet d'engendrer à l'état cristallin des lacunes sous forme de deux types de nano-canaux de respectivement 6,1 Å et 8,4 Å de large et 10,7 Å et 12,4 Å de large, pouvant inclure des molécules de 1,2,4-trichlorobenzène. Ce matériau contient la plus grande porosité obtenu à partir de cyclotriphosphazènes spirocycliques à ce jour. La formation de réseaux poreux chiraux a également été réalisée à partir de tectons portant chacun trois motifs (S)-binol. Le (S,S,S)-tribinolcyclotriphosphazène ((S,S,S)-TBP) a ainsi pu être co-cristallisé avec des molécules d'o-xylène. Ainsi, des informations permettant de mieux comprendre la structure moléculaire de cyclotriphosphazènes portant des spirocycles à sept chaînons ont été obtenues. Enfin, les propriétés optoélectroniques des tectons ont été étudiées en solution. L'influence de l'agent directeur cyclotriphosphazène sur les propriétés optiques des chromophores a, en particulier, été abordée. / Elaboration of pi-conjugated networks through self-organization of spirocyclic cyclotriphosphazene molecules has been explored. The stability of the networks built from described tris(o-phenylenedioxy)cyclotriphosphazene (TPP) jointly with the study of the reactivity of N3P3Cl6 undergoing nucleophilic attack by catechol derivatives allowed to design new tectons. In this context, a new tris(2,3-triphenylenedioxy)cyclotriphosphazene (TTPP) compound embedding a central hub substituted by pi-conjugated triphenylene unit has been synthesized. TTPP tectons exhibits a particular shape with specific orientation of aromatic units. Their paddle-wheel like shape allows the elaboration of a porous network having two types of nano-tunnels of respectively 6.1 Å and 8.4 Å large and 10.7 Å and 12.4 Å large. This material has the biggest channel size described for network build from spirocyclic cyclotriphosphazenes and inclusion compounds with 1,2,4-trich lorobenzene molecules were made. Elaboration of chiral porous network from tectons constituted by three (S)-binol units has also been realized. Tribinolcyclotriphosphazene has been co-cristallized with o-xylene molecules. Thus, useful informations on seven-membered spirocyclic cyclotriphosphazene molecular structure have been obtained. Finally, tectons opto-electronic properties have been studied in solution. Influence of the cyclotriphosphazene directing agent on optical chromophore properties has been a particular matter of attention.

Dans l'industrie du raffinage, les procédés de craquage catalytique permettent la production de carburants à partir de coupes pétrolières lourdes, telles que les distillats sous vides (DSV). Pour optimiser ces procédés, un hydrotraitement préalable est nécessaire. Ces dernières années, les travaux conséquents de R&D ont considérablement amélioré l'activité des catalyseurs d'hydrotraitement. Par conséquent, le transfert de matière interne peut devenir limitant, il doit donc être quantifié.Une méthodologie utilisant la chromatographie inverse liquide a été développée afin de caractériser le transfert de matière dans des supports aluminiques de catalyseur. Le système a ensuite été déployé pour caractériser l'influence de l'adsorption, de la température et des précurseurs de la phase active. Dans des alumines mésoporeuses, le régime de diffusion est moléculaire pour des composés saturés allant des coupes essences au DSV. Ainsi, pour différentes alumines, des valeurs de tortuosité ont été estimées et corrélées aux propriétés texturales (porosité, surface spécifique et distribution en taille des pores). Ces relations montrent que les valeurs de tortuosité obtenues ne sont pas en accord avec un solide homogène vis-à-vis des propriétés de transfert de matière. Il y aurait donc une organisation dans la porosité des alumines.Un test catalytique en réacteur agité a aussi été développé pour étudier le transfert de matière en conditions réactives. L'impact de la taille des grains sur l'hydrodésulfuration d'une molécule synthétisée a été caractérisé et modélisé. Ces résultats ont été comparés aux expériences de chromatographie inverse avec un bon accord / The catalytic cracking has an important role in fuels production from heavy oil cuts like vacuum gas oil (VGO). To optimize these processes, a pre-hydrotreatment is required. The amount of work dealt by the research community in the last years has highly contributed to the enhancement of the catalyst’s activity. Therefore, the internal mass transfer can become the limiting step and it must be quantified.A methodology based on inverse liquid chromatography has been developed to characterize the mass transfer within alumina catalyst supports. The experimental setup was also used to study the influence of several parameters into mass transfer properties such as, adsorption, temperature, and active phase precursors. In mesoporous aluminas, the diffusion regime undertaken by saturated compounds, going from gasoline to VGO is the molecular regime. For different alumina supports, tortuosity values were estimated and correlated to the textural properties (porosity, specific surface area and pore size distribution). These results showed that the aluminas can not be considered as homogeneous supports given the estimated mass transfer properties. Thus, we assume that a hierarchical porous structure might be in cause. A catalytic test promoted in a stirred reactor was also developed to study the mass transfer properties under reactive conditions. The impact of the particle grains size into the hydrodesulphurization of a synthetized molecule was characterized and modeled. A good agreement was found between the data obtained using the inverse chromatography experiments and the catalytic tests

L'étude des phénomènes fondamentaux de<p>transport et de thermodynamique apparaissant lors de l'évaporation<p>en milieu poreux permet l'investigation d'applications pratiques<p>variées. Dans ce travail, nous développons des modèles fondamentaux<p>d'évaporation en milieu poreux que nous appliquons ensuite au<p>séchage en lit fluidisé de deux matériaux granulaires poreux :le<p>PVC et la levure.<p><p>Les modèles mis au point sont réalisés suivant une approche<p>multiéchelle. Nous nous intéressons tout d'abord aux phénomènes se<p>déroulant à l'échelle d'un pore. Les modèles développés à cette<p>échelle sont ensuite exploités dans le cadre d'une étude à l'échelle<p>d'un grain poreux. Le couplage des modèles de grain avec un modèle à<p>l'échelle du réacteur permet alors l'étude des applications<p>industrielles.<p><p>A l'échelle du pore, nous étudions les phénomènes de transport dans<p>un capillaire initialement rempli de liquide qui s'évapore vers<p>l'atmosphère ambiante. L'objectif est de prédire le taux<p>d'évaporation dans cette configuration. Nous nous intéressons<p>successivement à la modélisation du transport de matière par<p>convection-diffusion en phase gazeuse et la modélisation de l'impact<p>de films liquides adsorbés à la paroi du capillaire sur le transport<p>de matière. Ces deux modèles sont confrontés à des expériences<p>d'évaporation en capillaires cylindriques visualisées à l'aide de<p>deux dispositifs optiques. Le premier offre un suivi d'ensemble au<p>cours du temps du capillaire, alors que le second, un interféromètre<p>de Mach-Zehnder, permet une visualisation locale de la région<p>entourant le ménisque.<p><p>Le modèle portant sur le transport de matière par<p>convection-diffusion mène à la définition d'un critère non<p>dimensionnel permettant d'évaluer si la convection dans la phase<p>gazeuse dans le capillaire doit être prise en compte pour évaluer le<p>taux d'évaporation. Le modèle de film permet de prédire l'impact de<p>celui-ci sur l'évaporation en présence d'un gaz inerte lorsque les<p>mouvements convectifs en phase gazeuse sont négligeables. La<p>confrontation de ce modèle avec les profils d'épaisseur des films<p>obtenus à l'aide de interféromètre de Mach-Zehnder ne permet pas de<p>valider le modèle, et ce, suite à une trop grande incertitude sur<p>l'évaluation des interactions entre la paroi et le liquide.<p><p>A l'échelle d'un grain, nous développons un modèle discret par<p>réseau de pores et deux modèles continus pour tenter de prédire le<p>taux d'évaporation et la distribution des phases dans le milieu<p>poreux. Le modèle par réseau de pores prend en compte les transports<p>de matière par diffusion en phase gazeuse, par convection dans les<p>pores remplis de liquide et par convection dans les films liquides.<p>Les effets visqueux en phase liquide sont également modelisés. Pour<p>la prise en compte de ces derniers, nous montrons l'importance de<p>l'usage d'un algorithme approprié. Nous évaluons ensuite au travers<p>de trois nombres sans dimensions l'impact du transport par film et<p>des effets visqueux sur l'évaporation et la distribution des phases.<p>Cette analyse dimensionnelle est ensuite appliquée à l'étude de<p>réseaux de pores pour lesquels la section des liaisons les<p>constituant est idéalisée par des polygones réguliers. Pour les<p>modèles continus après une vérification simplifiée de<p>l'applicabilité de cette démarche, nous développons deux modèles<p>simples. Dans les deux modèles, l'étape de séchage à vitesse<p>constante est supposée limitée par le transport de matière externe<p>au grain. Le premier modèle, dit à front pénétrant, suppose que<p>l'étape de séchage à vitesse décroissante correspond à l'existence<p>d'un front d'évaporation qui s'enfonce dans la matrice poreuse. Le<p>second modèle, dit à surface d'échange variable, attribue cette même<p>étape du séchage à une diminution progressive de la surface<p>d'évaporation en surface du grain.<p><p>A l'échelle du réacteur, nous présentons deux modèles visant à<p>simuler deux types d'essais différents :le séchage en lit fluidisé<p>et la thermogravimétrie analytique. Ces deux modèles sont couplés<p>aux différents modèles à l'échelle de grain pour étudier le séchage<p>de PVC et de levure tant en lit fluidisé que lors des essais de<p>thermogravimétrie analytique.<p><p>Dans le cas du PVC, le modèle par réseau de pores ne peut pas être<p>appliqué de par la nécessité d'une trop grande puissance de calcul.<p>Au niveau des modèles continus, nous montrons que l'application du<p>modèle à surface d'échange variable permet de reproduire les courbes<p>de séchage expérimentales des essais en lit fluidisé.<p><p>Dans le cas de la levure, nous appliquons le modèle par réseau de<p>pores et le modèle à front pénétrant. L'utilisation du modèle par<p>réseau de pores nécessite une connaissance plus détaillée de la<p>structure poreuse des grains. Le traitement d'une analyse par<p>microtomographie nous permet d'obtenir un réseau de pores<p>expérimental. Celui-ci est utilisé pour montrer que la méthode de<p>caractérisation de la porosité par intrusion de mercure ne semble<p>pas adaptée à un matériau deformable comme la levure. Le même réseau<p>est utilisé pour simuler le séchage de grains de levure à l'aide du<p>modèle par réseau de pores. Les simulations sont réalisées sur des<p>réseaux équivalents à des coupes dans le solide. Le modèle par<p>réseau de pores et le modèle à front pénétrant permettent tous deux<p>de modéliser correctement le séchage de levure en lit fluidisé<p>moyennant l'ajustement de leurs paramètres ajustables,<p>respectivement la conductibilité des films liquide et la tortuosité.<p>Pour l'essai de thermogravimétrie, ils ne parviennent à approcher<p>que la première étape de celui-ci. Les avantages, défauts et<p>complémentarités de ces deux modèles sont discutés.<p><p>Nous évaluons ensuite l'impact du rétrécissement de la levure et des<p>types d'eau sur le séchage de ce matériau. Le rétrécissement est,<p>pour ce faire, mesuré à l'aide d'un stéréomicroscope. Ces premières<p>mesures, exploratoires, mènent à la définition d'un modèle empirique<p>de retrait du solide au cours de son séchage. En le prenant en<p>compte dans les modèles déjà appliqués à la levure, nous montrons<p>que le retrait a un impact significatif sur l'étape de séchage à<p>vitesse décroissante. Cet impact<p> peut cependant être masqué intégralement par la réévaluation<p>des paramètres ajustables des différents modèles. Finalement,<p>l'étude des types d'eau au travers d'un modèle simple appliqué à<p>l'essai de thermogravimétrie analytique montre que les types d'eau<p>ne doivent pas être pris en compte pour modéliser le séchage de<p>levure.<p><p>A l'issue de ce travail, nous disposons donc de modèles fondamentaux<p>d'évaporation en milieu poreux. Ceux-ci peuvent être appliqués à des<p>cas d'intérêt industriel, comme nous le réalisons pour le PVC et la<p>levure. Ils peuvent servir à améliorer la<p>compréhension de ces procédés. Ils représentent donc des<p>outils de choix pour la conception, le dimensionnement et<p>l'optimisation du séchage. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Monolithische Phasen werden seit ca. 20 Jahren entwickelt und sind in den letzten Jahren eine attraktive Alternative zu etablierten mit Partikeln gefüllten Säulen geworden. Sie werden in anorganische Phasen und organische Polymermonolithe unterteilt. Monolithe bestehen aus einem einzigen, durchgehenden Stück. Charakteristisch ist das sie durchziehende Porennetzwerk, durch das der Eluent mit geringerem hydraulischen Widerstand fließen kann und das somit schnellere Flussraten ermöglicht. Polymermonolithe werden vorwiegend für die Separation großer Biomoleküle aufgrund eines durch Konvektion beschleunigten Massentransfers eingesetzt. Zudem sind sie über einen breiten pH-Wert-Bereich stabil und können direkt (in situ) im gewünschten Format polymerisiert werden. In der vorliegenden Arbeit gelang die Herstellung neuartiger epoxidbasierter Phasen nach einem von Weller et al. entwickelten Konzept, die im Affinitätsexperiment angewendet wurden. Die Herstellung erfolgte durch Autopolymerisation polyfunktioneller Glycidylether. Für die Funktionalisierung wurden nicht polymerisierte Epoxide genutzt. Als Monomere dienten TEPIC, GE 100 sowie GE 500. Die Arbeiten konzentrierten sich vor allem auf die bei Raumtemperatur durchführbaren Synthesen mit dem höher funktionellen GE 500. Die Polymerisationsbedingungen wurden hinsichtlich Porogenmischung und -anteil optimiert. Eine mit 75 Vol.-% Porogen (Dioxan/ MTBE (2:3)) hergestellte und mit rProtein A funktionalisierte Kapillarsäule (66 %, 12 µm, 7m2/g) ergab im Affinitätsexperiment eine Kapazität von 0,44 mg/mL aus Kaninchenserum isolierbarem IgG. Durch Beimischung von 60 % BDE konnte der Epoxidgehalt vervierfacht und die Porengröße auf 400 nm bei 59 % Porosität reduziert werden. Die spezifische Oberfläche wurde verdreifacht und die Kapazität präparierter Disks auf 0,90 mg/mL etwa verdoppelt. Die in dieser Arbeit entwickelten Disks können zur Isolierung von IgG aus einer komplexen Probe, wie beispielsweise Blutserum, eingesetzt werden. / Monolithic supports have been developed since 20 years and have become an attractive alternative to well-established columns packed with particles over the past years. They are classified into inorganic media and organic polymer monoliths. Monoliths consist of a single, continuous piece with an integrated characteristic porous network through which the eluent can flow with lower hydraulic resistance and which consequently offers higher flow rates. Due to an accelerated mass transfer caused by convection polymer monoliths are mainly used for separation of large biomolecules. In addition, they are stable over a wide pH range and can be polymerized directly (in situ) in the desired format. In the present work the successful preparation of new epoxide-based supports according to a concept introduced by Weller et al. as well as their application in affinity chromatography are reported. Their preparation was carried out by self-polymerization of polyfunctional glycidyl ethers and for functionalization non-polymerized epoxide groups were used. As monomers TEPIC, GE 100 and GE 500 were utilized. The work has focused especially on the polymerization of the higher functional GE 500, which can be perfomed at room temperature and was optimized in terms of both composition and amount of porogen. The extraction of IgG from rabbit serum with a capillary column (66 %, 12 µm, 7m2/g) prepared by 75 vol.-% porogen (dioxane/ MTBE (2:3)) and functionalized with rprotein A resulted in a capacity of 0,44 mg/mL. By addition of 60 % BDE the epoxide content was quadrupled and the pore size reduced to 400 nm while maintaining consistently high porosity of 59 %. The specific surface area was tripled and the capacity of prepared disks approximately doubled to 0,90 mg/mL. The disks developed in this work can be applied for the isolation of IgG from complex samples such as serum.