Les poussières de bois sont à l’origine de pathologies dont les plus graves sont des cancers des voies respiratoires supérieures. Compte tenu de la dangerosité avérée de ces poussières, un système de filtration très performant est nécessaire pour assainir les ambiances de travail. Couramment, l’industrie de bois utilise des filtres à média sujets à l’encrassement et produisant des déchets. Pour remédier à ceci nous avons choisi une épuration par électrofiltration, procédé sans déchet. Dans une première phase expérimentale nous avons étudié la performance d’un électrofiltre de géométrie fil-cylindre à encrassement contrôlé. Cet appareil conçu et mis au point au LERMAB a permis l’étude des paramètres tels que : la géométrie des électrodes, la tension appliquée, la granulométrie et la nature des particules. Nous avons pu montrer que l’électrofiltration était faisable et d’une efficacité pouvant atteindre 99,9%. Dans une deuxième phase nous avons développé un modèle numérique basé sur l’équation de convection-diffusion couplée aux équations de Navier-Stockes moyennées et au champ électrique local avec la prise en compte des effets électrohydrodynamiques. Ce modèle permet de décrire avec précision les phénomènes locaux et globaux d’un électrofiltre de type Cottrell. Ses prévisions sont en parfaite concordance avec les résultats expérimentaux et avec les données issues de la littérature. Il constitue un outil fiable pour le dimensionnement des électroprécipitateurs. / Wood dust causes a number of pathologies including cancers of the upper respiratory tract and allergic-type diseases. Considering the dangerousness of this dust, a filtration system high performance is required for the treatment of work environments. For this purpose, we have investigated the electrofiltration of wood particles-laden atmospheres. A dust-controlled wire-cylinder electrostatic precipitator has been created and developed at the LERMAB laboratory and a computer code has been developed using the software Comsol Multiphysics. The study of the filtration efficiency has been carried out. This efficiency is larger than 99.9% for the range of fine particles [0.3 µ m - 1 µ m]. The experimental study allows us to identify various parameters governing the electrofilter in operation. The numerical model, in perfect agreement with the experimental results and with the literature, allows to describe with a good precision local and global phenomena occurring in wire-cylinder electrostatic precipitator. It is a good tool for the design of electroprecipitators.

Le sulfure de zinc obtenu par précipitation homogène présente une grande importance dans l'industrie des matériaux à propriétés optiques et électroniques, laquelle souhaiterait maîtriser son procédé de fabrication. Le sulfure de zinc correspondant, qui est sous forme agglomérée, a été choisi pour sa morphologie structurée : chaque agglomérat présente quatre échelles quant à la taille des particules le constituant. Il est préparé via la décomposition thermique de la thioacétamide dans une solution acide contenant le sulfate de zinc.<br />La précipitation est effectuée dans un réacteur fermé et parfaitement agité. Le but de cette étude est de présenter une méthodologie originale pour suivre en continu les concentrations en ions et les caractéristiques du solide formé : la production et la disparition des ions sulfure libérés par la thioacétamide, la consommation des ions zinc, l'évolution de la sursaturation relative au produit précipité ZnS. et les caractéristiques morphologiques des particules de ZnS. Les capteurs utilisés sont des électrodes spécifiques, des cellules conductimétriques et une sonde turbidimétrique. D'autres méthodes d'analyses, telles que la microscopie électronique, la granulométrie et la diffraction des RX, complètent cette étude expérimentale.<br />La morphologie des grains de sulfure de zinc dépend des conditions opératoires : vitesse d'agitation, concentrations initiales en réactifs, pH et température. Le pH est le paramètre qui conduit à la plus grande variabilité morphologique. Nous présentons donc les résultats expérimentaux et l'interprétation correspondante issus de la précipitation de ZnS réalisée à différents pH.

La précipitation de phases durcissantes dans les alliages métalliques est une préoccupation industrielle et scientifique majeure. En effet, l’'ajout de quelques éléments d’'alliages, même en faible quantité, peut changer radicalement les propriétés d’'usage de bon nombre de matériaux métalliques. Or, les premiers instants de la précipitation sont, à l’'heure actuelle, mal connus. Quels sont les paramètres qui régissent la morphologie des précipités ? Pourquoi certains précipités germent-ils sur les dislocations ? Pourquoi la chimie des précipités est-elle parfois différente de celle du même matériau massif ? L’'ambition de ce mémoire n’'est pas de trouver des réponses à toutes ces questions, mais de proposer une approche qui combine les outils expérimentaux locaux (microscopies) et globaux (pouvoir thermo- électrique, diffusion des rayons X,..) à des techniques de modélisation allant de l’'échelle atomique (dynamique moléculaire, Monte-Carlo cinétique) à l’'échelle mésoscopique (théorie « classique » de la germination, thermodynamique). Dans ce mémoire, un point est fait sur les travaux que j’'ai réalisés dans ce domaine au laboratoire MATEIS et sur les collaborations qu’'ils ont impliquées. Une large place est faite aux perspectives dégagées par ces quelques années de recherche et d’'enseignement effectuées à l’'INSA de Lyon.

L'objectif de ce mémoire de thèse est de présenter une nouvelle méthode de synthèse des polymères à empreintes moléculaires, permettant le contrôle de la formation de l'empreinte et la formation du réseau polymère au plus proche de la cible, dans le but d'améliorer leurs capacités. Pour atteindre cet objectif, nous avons choisi d'utiliser la polymérisation radicalaire contrôlée pour la formation du réseau, et le procédé de polymérisation par précipitation pour le contrôle de la morphologie des particules contenant les empreintes.

L'objectif de ce mémoire de thèse est de présenter une nouvelle méthode de synthèse des polymères à empreintes moléculaires, permettant le contrôle de la formation de l'empreinte et la formation du réseau polymère au plus proche de la cible, dans le but d'améliorer leurs capacités. Pour atteindre cet objectif, nous avons choisi d'utiliser la polymérisation radicalaire contrôlée pour la formation du réseau, et le procédé de polymérisation par précipitation pour le contrôle de la morphologie des particules contenant les empreintes. / The objectif of this thesis was to find another method for the preparation of imprinting polymers allowing the control of the formation of the recognition sites, as well as the enhancement of their capacities. We think that beginning the polymer network near the template will permit to increase the recognition. In this purpose, we have used atom transfer radical polymerization and precipitation polymerization for the control of particle's morphologies.

Le procédé industriel pour purifier des solutions concentrées de chlorure de sodium consiste en la précipitation des ions calcium sous forme de carbonate de calcium et des ions magnésium sous forme d'hydroxyde de magnésium. Ces impuretés étant en faible concentration, la précipitation est menée en réacteur à lit fluidisé en présence d’une forte charge solide. La maîtrise de la qualité du précipité, constitué. Dans un premier temps, une méthode analytique fiable est développée pour déterminer quantitativement la composition d’un mélange de polymorphes : la spectroscopie Raman associée à une méthode de résolution de courbes. Ensuite, la précipitation du carbonate de calcium en réacteur fermé permet d’identifier les paramètres clés du procédé pour maîtriser la composition polymorphique. A partir de ces résultats, un nouveau procédé de purification en réacteur continu à lit fluidisé est conçu et mis en œuvre. L’étude expérimentale réalisée dans celui-ci permet de définir les paramètres opératoires conduisant à une parfaite maîtrise de la qualité du précipité et une conduite optimale de la purification / The purification process of sodium chloride solutions consists of the precipitation of Ca2+ and Mg2+ ions as calcium carbonate and magnesium hydroxide. The impurity content is low, so the best results can be obtained when the precipitation takes place in a fluidized bed reactor where the solid concentration is high. The improvement of the precipitate quality, mainly composed of CaCO3, is necessary for the good running of the process, thus the control of the calcium carbonate polymorphism is essential. First, a reliable method for the quantitative determination of the polymorphic composition using Raman spectroscopy combined with multivariate curve resolution is developed. Then the key parameters which control the polymorphic. composition are identified through the experiments carried out in a batch reactor. Based on these results, a new process using a fluidized bed reactor is designed and experimentally tested. From these experiments, the optimal operating conditions allowing a high level of purification and a very good solid/liquid separation are determined

Ce travail de thèse a pour objectif de déterminer le comportement de structures composites contenant une phase en alliage à mémoire de forme (AMF). Un modèle macroscopique, basé sur la thermodynamique des processus irréversibles, est développé afin de déterminer le comportement de l'alliage a mémoire de forme. Ce modèle prend en compte certains des comportements clés des alliages à mémoire de forme en Nickel-titane, comme la dissymétrie traction-compression, les chargements partiels et le comportement de la martensite autoaccommodée. Une comparaison avec une base de donnée expérimentale montre une bonne capacité de prédiction du modèle, et ouvre une discussion sur des phénomènes supplémentaires à prendre en compte. A l'aide d'outils de simulation numérique, et notamment la méthode des éléments finis, ce modèle est appliqué à la détermination du comportement de matériaux composites. Deux problématiques sont considérées, la première étant l'étude du comportement d'une structure composite formée d'une matrice en élastomère et renforcée par des fibres ondulées en alliage à mémoire de forme. La deuxième problématique concerne l'étude de l'impact des phénomènes de précipitation (Ni4Ti3) dans les alliages de Nickel-Titane, sur le comportement macroscopique du matériau. Pour ce dernier cas, une cellule élémentaire de référence est définie, et le comportement macroscopique du matériau est estimé en considérant une variation des propretés de la matrice en AMF en fonction de sa composition chimique. Dans les deux cas, la modélisation apporte des informations intéressantes sur les champs de déformation et de contrainte et sur le comportement global / The purpose of the dissertation work is to determine the thermomechanical behavior of shape memory alloys (SMAs) based composites structures. A macroscopic model, developed in the framework of thermodynamics of irreversible process, is developed in order to model the behavior of the SMA phase. This model deals with several key features of SMAs behavior, like tension-compression asymmetry, partial cycles and the behavior of the formed self-accommodated martensite. A comparison with several experimental database show a good prediction capability of the model, and opens a discussion on additional features to take into account using finite element analysis, the behavior of SMA-based composite material is computed. This methodology is applied for two cases ; the first one is the study of an elastomeric ribbon reinforced with snake-like shape SMA fibers. The second case considers the impact of precipitation (Ni4Ti3) on the macroscopic behavior in Ni-rich NiTi SMAs. A reference unit cell is defined, and the macroscopic behavior is estimated considering a variation of material properties throughout the cell as a function of the chemical composition. In both cases, the model provides interesting information on stress and stra fields, as well as on the global behavior

Le soudage des alliages Al-Zn-Mg est de plus en plus utilisé dans l'industrie du transport. Les variations brutales de température induites par le soudage à l'arc provoquent des modifications importantes de la microstructure dans la zone dite affectée thermiquement.<br />Cette étude porte sur l'évolution de la précipitation suite à ce procédé de l'alliage 7108.50 présentant différentes microstructures initiales. Une caractérisation fine des précipités durcissants dans la zone affectée thermiquement a été menée par SAXS, MET et DSC juste après soudage et après traitements thermiques post-soudage. Afin de mieux cerner les mécanismes influençant la précipitation au cours de ce procédé anisotherme, des traitements thermiques contrôlés, de type réversion ou rampes de montée en température, ont également été étudiés.<br />Un modèle basé sur l'évolution d'une distribution en taille de particules a été développé afin de prédire l'état de précipitation après divers traitements thermiques, dont le soudage.

Les alliages d'aluminium de la série 7000 à hautes caractéristiques mécaniques, constitués principalement des éléments d'addition Zn, Mg, et Cu, sont notamment utilisés dans l'industrie aéronautique civile. Néanmoins, les traitements thermiques et/ou thermomécaniques appliqués pour maximiser les propriétés mécaniques de ces alliages, peuvent les sensibiliser à divers modes de corrosion structurale dont la corrosion feuilletante, dont les mécanismes sont encore mal compris. En outre, les nouvelles générations d'alliages, développées en vue d'augmenter les propriétés mécaniques, contiennent toujours plus d'éléments d'addition, ce qui est susceptible de modifier leur sensibilité à ce phénomène. <br />Ce travail s'attache à faire progresser la compréhension des mécanismes de corrosion feuilletante des alliages 7000, en cherchant à identifier le rôle des principaux éléments d'alliage. Pour cela nous avons caractérisé finement les états de précipitation d'un grand nombre de microstructures, comme la composition des précipités durcissants nanométriques et de la matrice, par ASAXS et 3DAP. En parallèle, nous avons développé de nouvelles techniques électrochimiques permettant de quantifier la sensibilité de ces mêmes microstructures à la corrosion feuilletante. <br />Les résultats de l'étude mettent en évidence l'existence de deux mécanismes de corrosion : endommagement par dissolution intergranulaire et par rupture intergranulaire, dont la prédominance dépend de la composition de l'alliage et du traitement thermique. Nous proposons une explication au comportement en corrosion des différentes microstructures, faisant intervenir la composition chimique des différentes entités microstructurales.

Le littoral méditerranéen français est fréquemment affecté en automne par des épisodes de forte pluie. La région montagneuse des Cévennes – Vivarais (Massif Central) est une des régions affectées par ces épisodes de précipitations intenses (appelés Cévenols) qui peuvent provoquer des catastrophes naturelles entraînant des dommages économiques importants et des pertes de vies humaines. La prévision de tels épisodes par les modèles numériques de prévision du temps a été considérablement améliorée; cependant, des incertitudes en ce qui concerne leur intensité demeurent. L’amélioration des paramétrisations microphysiques dans ces modèles de prévision est un élément clé pour la réduction des erreurs. Le but de cette étude était de mieux comprendre les processus microphysiques qui régissent les épisodes de fortes précipitations et l’impact des particules d’aérosol atmosphériques sur ces précipitations en exploitant les observations du programme de recherche HYMEX et de la campagne de mesures associée qui s’est déroulée en 2012 dans le Sud de la France. L’étude s’est portée sur l’épisode de précipitation intense observé le 26 Sept. 2012 lors de la Période d’Observations Intenses (POI) 7a. Les observations disponibles ont été évaluées et comparées aux résultats de simulations effectuées avec le DEtailed SCAvenging Model (DESCAM, Flossmann and Wobrock; 2010) qui est un modèle tridimensionnelle utilisant un schéma bin pour représenter de manière détaillée la microphysique nuageuse ainsi que les interactions entre les particules d’aérosols et les nuages. Les observations utilisées ont été faites à partir d'instruments au sol et des mesures aéroportées in situ et permettent d'évaluer le modèle. Les observations au sol sont issues de radars en bande X, de Micro-Rain Radars (MRR), de disdromètres, mais également d’une réanalyse statistique des mesures de pluie par pluviomètres et radars opérationnels (Boudevillain et al. 2016). Les observations aéroportées in-situ ont été réalisées à l’aide de sondes microphysiques et du radar nuage RASTA embarqués à bord de l'avion de recherche français, le Falcon-20. Le rôle de la pollution sur le développement et l'évolution de l’épisode de précipitation intense du POI7a a été étudié en modifiant la concentration des particules d’aérosol à l’aide de spectres en aérosols observés lors de la campagne de mesures. Les résultats ont montré que la concentration initiale des particules d’aérosol influence la distribution spatiale et la quantité des précipitations, ainsi que le contenu vertical en eau de pluie et en eau glacée du système nuageux précipitant. Pour le cas étudié, une augmentation de la concentration initiale en nombre de particules d’aérosol diminue la quantité totale de pluie au sol. Enfin, une étude de sensibilité supplémentaire sur le choix du domaine de simulation a permis de montrer le rôle essentiel de la dynamique et de l’humidité des basses couches atmosphériques de grande échelle sur la représentation du système précipitant. / The French coastline in the Mediterranean Sea is affected by heavy rainfall episodes especially in autumn. Cévennes – Vivarais, which is part of the Massif Central Mountains, is one of the affected regions. The associated heavy precipitation episodes (HPE), namely “Cévenols”, can cause natural disasters with important economic damages and life losses. The prediction of such episodes by Numerical Weather Prediction (NWP) models has been significantly improved; uncertainties remain though, regarding their occurrence and strength. The improvement of microphysical parameterizations in NWP models is one key-component for the reduction of forecast errors. The aim of this study was provide a better understanding of the microphysical processes that govern HPE and their interaction with atmospheric aerosol particles (APs) by exploiting observations from the HYMEX research program.The present study focused on the HPE from the HYMEX Intense Observation Period (IOP) 7a, whose observations were assessed and compared with modelling results from the bin-resolved microphysics scheme DEtailed SCAvenging Model (DESCAM, Flossmann and Wobrock; 2010) with 3D dynamics. This research model uses a detailed representation of the APs. Observations from ground-based instruments, as well as in-situ measurements were used for the evaluation of the model’s performance. The ground-based dataset consists of X-band Radars, Micro-Rain Radars (MRR), disdrometers, but also a rainfall reanalysis by rain gauges and operational radars (Boudevillain et al. 2016). Moreover, hydrometeor probes and the 95GHz cloud radar RASTA provided observations on-board of the French research aircraft Falcon-20.The role of pollution on the development and evolution of the HPE of IOP7a was investigated, as well. Considering that the highest AP concentrations were observed during IOP7a, the followed strategy was to perform model simulations by using less polluted observed AP spectra with lower total number concentrations. The results showed that the initial AP concentration influences the spatial distribution and quantity of rainfall, as well as the vertical properties of the rain water content and the ice water content of the precipitating cloud system. For the studied cases, with increasing the initial number concentration of APs, the total rain amount was decreased. Finally, the present study revealed a critical role of the model’s large-scale configuration necessary to correctly represent the dynamics.