L’objectif de ce travail était de contribuer à une meilleure compréhension du devenir atmosphérique des Composés Organiques Volatils d’origine Biogénique (COVB), émis par la végétation. La dégradation d’une série de COVB (myrcène, ocimène, a-farnesène, linalool, 6-méthyl-5-heptène-2-ol et 3-méthyl-1-pentène-3-ol), par les oxydants atmosphériques (OH, O3 et NO2), a été étudiée en utilisant différentes installations expérimentales (chambres de simulation atmosphérique et réacteur à écoulement à aérosol). Les paramètres cinétiques et mécanistiques qui ont été obtenus pour l’ensemble des réactions étudiées ont permis d’estimer les durées de vie atmosphérique des COVB (de quelques minutes à quelques heures). Des produits d’oxydation ont été identifiés et quantifiés, mais le bilan total en carbone en fin de réaction reste incomplet indiquant que d’autres produits sont formés mais non-identifiés. Les rendements de formation des aérosols organiques secondaires (AOS) ont été également mesurés pour les réactions avec OH et O3. L’analyse chimique des AOS (issus de la réaction avec O3) a mis en évidence la présence d’acides dicarboxyliques et de composés oligomères, démontrant l’implication des intermédiaires de Criegee dans la formation des AOS. Le réacteur à écoulement à aérosols, développé dans le cadre de ce travail, a permis de préciser les seuils de nucléation des AOS formés à partir de l’ozonolyse de certains monoterpènes. Enfin, la réactivité des COVB (principalement les diènes conjugués) avec NO2, a été trouvée assez lente et ne représente qu’un puits mineur de ces composés dans l’atmosphère. Toutefois, la mise en évidence de la formation de HONO comme produit de réaction pourrait rendre l’implication atmosphérique de ce processus non négligeable. Les résultats obtenus ont permis de discuter de l’impact de la dégradation de ces COVB dans l’atmosphère. / The aim of this work was to contribute to a better understanding of the atmospheric fate of Biogenic Volatil Organic Compounds, emitted by vegetation. The degradation of a series of BVOC (myrcene, ocimene, a-farnesene, linalool, 6-methyl-5-heptene-2-ol and 3-methyl-1-pentene-3-ol) through reactions with atmospheric oxidants (OH, O3 and NO2) has been investigated using different experimental facilities (atmospheric simulation chambers and aerosol flow tube). First, atmospheric lifetimes of these BVOCs were determined and found varying from few minutes to hours. In addition, gas phase oxidation products were identified and quantified. However carbon budget is still incomplete, indicating that others products are formed but remain unidentified. Secondary organic aerosol yield were also measured in the reactions of the studied BVOCs with OH and O3. Chemical analysis of SOA (from O3 reaction) showed the presence of dicarboxylic acids and oligomer compounds, indicating the possible involvement of the Criegee intermediate in the SOA formation. The new aerosol flow tube, developed in this work, allowed to precise nucleation threshold of SOA formed from the ozonolysis of series of monoterpenes. The reactivity of BVOC (conjugated dienes mainly) with NO2, is found to be slow process, hence, representing only a minor sink for these compounds in the atmosphere. However, the identification of HONO as a reaction product may indicate that this process could be of importance as OH radical source in the atmosphere under certain conditions. The results obtained allowed to discuss the impact of the degradation of these BVOC in the atmosphere.

Pour faire face à l’épuisement des combustibles fossiles conventionnels et aux préoccupationsenvironnementales dont le réchauffement climatique, de nouveaux carburants issus de la biomasse sontutilisés purs ou comme co-carburants ; d’autres sont envisagés pour le futur. Une meilleure connaissance dela cinétique chimique d’oxydation des composés présents dans ces carburants alternatifs est indispensable.L’objectif de cette thèse est donc d’obtenir de nouvelles bases de données expérimentales et d’élaborer desmécanismes cinétiques d’oxydation des constituants de ces nouveaux carburants. Des molécules de deuxfamilles chimiques, à savoir les esters méthyliques et les alcools, ont été sélectionnées. L’oxydation de cescomposés purs ou en mélanges a été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm) et dans un largedomaine de températures (530-1250 K) et de richesses (ca. 0,3-4). Les profils de concentration des réactifs,produits et principaux intermédiaires stables ont été obtenus par spectroscopie d’absorption infrarouge àtransformée de Fourier (IRTF) et chromatographie en phase gazeuse (GC-FID-TCD-MS). Les résultatsobtenus ont permis de proposer des modèles cinétiques permettant de simuler avec un bon accord une grandepartie des résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse. Les analyses cinétiques ont permis dedéterminer les principales voies de consommation de ces composés (principalement des mécanismes deperoxydation-isomérisation à basse température et de métathèse puis décomposition par β-scission à hautetempérature). Elles ont permis d’identifier les réactions les plus influentes (réactions de métathèse etréactions impliquant particulièrement les composés de la base C0-C2). / To overcome the problems of conventional fossil fuels depletion and environmental issues includingglobal warming, new fuels derived from biomass are used pure or in blends; others are proposed for thefuture. A good knowledge of the chemical kinetics of oxidation of components present in these alternativefuels is necessary. The aim of this work is to obtain a new experimental database and to build a chemicalkinetic reaction mechanism for the combustion of these new fuels. Molecules of two functional groups werechosen: methyl esters and alcohols. The kinetics of oxidation of these compounds were studied in a Jet-Stirred Reactor at high-pressure (10 atm), over the temperature range 530-1250 K, for several equivalencesratios (ca. 0.3-4) Concentration profiles of reactants, products and main stable intermediates were obtainedby probe sampling and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and GC-FID-TCD-MS analyses. Theresults allowed proposing detailed kinetics models that successfully simulate concentration profilesdetermined by Jet-Stirred Reactor method. The kinetic analyses allowed delineating the main oxidation pathsof consumption (peroxidation-isomerisation at low temperature and beyond, metathesis followed by betascissiondecomposition), and identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels, i.e.metathesis reactions with C0-C2 species.

L'objectif de cette étude est de développer un procédé hybride qui combine à lacoagulation, la floculation et le procédé de flottation dans un hydroclone pour réaliser letraitement de l'eau. Le développement sert à déterminer la caractérisationhydrodynamique ainsi que les conditions optimales pour réaliser le traitement de l'eau.L'étude de caractérisation hydrodynamique est réalisée à l’aide d’une simulationnumérique (Computational Fluid Dynamics). Le travail expérimental a été réalisé à l’aidede la technique dite de l'échographie Doppler afin d’étudier l'hydrodynamique. Lesrésultats ont servi à valider la technique expérimentale « méthode de la goutte d’huile » et les connaissances de base expliquant les phénomènes du procédé hybride. La technique de diffraction du laser est utilisée pour déterminer la taille des micro-bulles ainsi que les paramètres qui affectent leur taille.Le travail expérimental sur le développement d'un pilot hybride est étudié avec del'eau synthèse et de l'eau naturelle. L'objectif de cette étude est d'appliquer ce procédéhybride pour le traitement de l'eau. Différents paramètres tels que les caractéristiques del'eau brute, le type et la concentration de coagulant et de floculant, la fraction de l'air et ledébit d'entrée, ont été modifiés à plusieurs reprises afin d'en déterminer les effets sur leprocédé hybride / The aim of this study is to develop a hybrid process which combines withcoagulation, floculation and flotation process in a hydroclone for water treatmentprocess. The development is for characterization the hydrodynamics of this process andto find the optimum condition for water treatment process.The hydrodynamics characterization study is carried out by the numericalsimulation (Computational Fluid Dynamics) and experimental work by Dopplerultrasound velocimetry technique to study the hydrodynamics for the further research.The results are used for validating the oil droplet experimental technique and to be thebasis knowledge to explain the phenomena in the hybrid process. Laser diffractiontechnique is involved for determining the micro bubbles size and also study on theparameter affects to the size. The experimental work of a developed hybrid pilot plant is studied with synthesisraw water and natural river water. The objective of this study is to apply this hybridprocess for the water treatment. The parameters have been varied in many operatingconditions to indicate the separation and the water treatment phenomena such as rawwater characteristic, coagulant - floculant type and concentration, air fraction and inletflow rate

L'intérêt croissant pour l'intensification des procédés a conduit à l'avènement d'un nombre conséquent de nouvelles technologies. Le projet ANR PROCIP qui a financé cette thèse a pour but de développer un logiciel d’aide à la décision pour aider l’utilisateur industriel dans son choix de technologie optimale pour une application donnée. La méthodologie globale de discrimination des technologies vis-à-vis d’un système réactif est basée sur l’utilisation d’une base de données technologique et sur le calcul de critères de choix. Elle nécessite une bonne connaissance du comportement hydrodynamique des appareils et de leurs performances en termes de transfert de chaleur et de matière. Dans cet objectif, les travaux présentés ici portent notamment sur l’étude du comportement hydrodynamique de milli-réacteurs échangeurs industriels. Des méthodologies expérimentales et numériques de caractérisation ont été mises au point. Elles ont permis d’obtenir des corrélations pour l’estimation des pertes de charge, des coefficients de dispersion axiale et des temps de mélange pour plusieurs milli-réacteurs en fonction des conditions opératoires et de la géométrie des appareils. En outre, une nouvelle méthode numérique est proposée pour la détermination des coefficients de dispersion axiale et des temps de mélange. Elle est appliquée pour prédire l’effet de l’extrapolation des caractéristiques géométriques des appareils sur ces propriétés. Dans une dernière partie, l’impact de la dispersion axiale sur le taux de conversion et la sélectivité de différents schémas de synthèses chimiques est discuté. / The interest for process intensification has leaded to the emergence of a wide panel of new technologies. The aim of the ANR PROCIP collaborative project which has funded this work is to develop a new software program including a methodology for process choice focused on intensified technologies. The global methodology of discrimination between the different technologies with respect to a given reactive system is based on the use of an equipment database and on the evaluation of criterion of choice. This methodology implies a good knowledge of the hydrodynamics of the different reactors and their mass and thermal transfer performances. The purpose of the present work is to develop experimental and numerical methodologies for the hydrodynamic characterization of different industrial milli-heat-exchangers reactors. Pressure drop, mixing time and axial dispersion coefficient correlations are given as function of the operating conditions and the geometrical parameters of the reactors. In particular, a new numerical method using CFD computation for the determination of axial dispersion coefficients and mixing times is presented. This method is used to predict the effect of the scale-up of the geometrical characteristics of an intensified reactor on its hydrodynamic performances. Finally, the impact of axial dispersion on the conversion rate and the selectivity for different chemical synthesis schemes is discussed

Les pièges froids sont des systèmes de purification du fluide caloporteur sodium indispensables au bon fonctionnement des réacteurs à neutrons rapides. Ils permettent de contrôler la teneur en impuretés du sodium, notamment celles de l’oxygène et de l’hydrogène. Le piégeage de ces impuretés est basé sur leur cristallisation sous forme d’oxyde et d’hydrure de sodium, sur garnissage et sur parois froides. Appréhender le remplissage de ces systèmes de purification permettra d’orienter les choix technologiques en termes de conception et de conduite. L’objectif est de développer un outil d’aide à la conception et à la simulation des pièges froids. Le modèle de cristallisation intègre le couplage des différents phénomènes mis en jeu lors de la purification du sodium, à savoir l’hydrodynamique, transfert thermique et transfert de matière. / Operating a Sodium Fast Reactor (SFR) in reliable and safe conditions requires to master the quality of the sodium fluid coolant, regarding oxygen and hydrogen impurities contents. A cold trap is a purification unit in SFR, designed for maintaining oxygen and hydrogen contents within acceptable limits. The purification of these impurities is based on crystallization of sodium hydride on cold walls and sodium oxide or hydride on wire mesh packing. Indeed, as oxygen and hydrogen solubilities are nearly nil at temperatures close to the sodium fusion point, i.e. 97.8°C, on line sodium purification can be performed by crystallization of sodium oxide and hydride from liquid sodium flows. However, the management of cold trap performances is necessary to prevent from unforeseen maintenance operations, which could induce shut-down of the reactor. It is thus essential to understand how a cold trap fills up with impurities crystallization in order to optimize the design of this system and to overcome any problems during nominal operation. The objective is to develop a design and simulation tool for cold traps able to predict the location and the amount of the impurities deposited. Crystallization model involve phenomena coupling in a porous medium with hydrodynamics, heat and mass transfer, distinguishing nucleation and growth phases for each impurity. It enables to understand how thermo hydraulic conditions and growing impurities interact on each other. This analysis will adapt operating and management conditions in order to optimize purification requirements.

Ce travail de thèse poursuit l’objectif d’une simulation numérique multiéchelle d’un assemblage de réacteur à neutrons rapides. Malgré la puissance croissante des ordinateurs, la CFD fine complète d’un tel système demeure extrêmement coûteuse dans un contexte de recherche et développement. Nous proposons alors, une fois déterminé le comportement thermohydraulique moyen de l’assemblage, de reconstruire localement l’information aux fines échelles, l’ensemble de la démarche requérant un temps de calcul bien moindre qu’une simulation de la totalité de la structure. La description à l’échelle moyenne est obtenue soit par le formalisme de prise de moyenne volumique en milieu poreux, soit via une approche alternative historiquement développée pour les assemblages de RNR-Na. Elle fournit des informations utilisées comme contraintes d’un sous-problème de raffinement d’échelle, par l’intermédiaire d’une technique de pénalisation des équations de conservation locales. Ce sous-problème exploite le caractère périodique de la structure en s’appuyant sur des conditions aux limites de périodicité des champs recherchés ou de leur déviation spatiale. Après validation des méthodologies sur des applications modèles, nous entreprenons leur mise en oeuvre sur des configurations « industrielles » qui démontrent la viabilité de cette approche multiéchelle. / The present work is devoted to a multiscale numerical simulation of an assembly of fast neutron reactor. In spite of the rapid growth of the computer power, the fine complete CFD of a such system remains out of reach in a context of research and development. After the determination of the thermalhydraulic behaviour of the assembly at the macroscopic scale, we propose to carry out a local reconstruction of the fine scale information. The complete approach will require a much lower CPU time than the CFD of the entire structure. The macroscale description is obtained using either the volume averaging formalism in porous media, or an alternative modeling historically developed for the study of fast neutron reactor assemblies. It provides some information used as constraint of a downscaling problem, through a penalization technique of the local conservation equations. This problem lean on the periodic nature of the structure by integrating periodic boundary conditions for the required microscale fields or their spatial deviation. After validating the methodologies on some model applications, we undertake to perform them on “industrial” configurations which demonstrate the viability of this multiscale approach.

Cette thèse contribue au remplacement du revêtement de Stellite 6 utilisé aux zones de frottement dans le circuit primaire du réacteur à neutron rapide. Elle comprend trois parties : 1) Une étude bibliographique afin de présider au choix des matériaux de remplacement et du procédé de dépôt. 2) Une étude paramétrique en vue d’obtenir des dépôts sains (bonne adhésion avec le substrat, peu de porosité, absence de fissure, dilution faible). 3) Une étude du comportement tribologique des dépôts réalisée pour deux valeurs de température. Ces essais tribologique ont été réalisés sous atmosphère inerte afin d’évaluer la résistance à l’usure des matériaux choisis sans l’influence d’une éventuelle couche d’oxydation. De l’étude bibliographique il ressort les choix suivants mis en oeuvre dans notre étude : * le procédé projection laser qui présente des avantages tels que :- Bonne adhésion (métallurgique)- Vitesse de refroidissement élevée- Taux de dilution faible- Large plage paramétrique *deux alliages base nickel : le Colmonoy-52 et le Tribaloy-700. Ces alliages présentent un bon comportement tribologique à sec et sont déposables par laser.Pour la partie obtention d’un dépôt sain, tout d’abord nous avons caractérisé la poudre métallique. Ensuite, une recherche paramétrique a été conduite afin de disposer d’un jeu de paramètres qui permette d’obtenir un dépôt sain de Stellite 6 (référence), de Colmonoy-52 et de Tribaloy-700. A cette occasion, les relations entre trois paramètres principaux du procédé de projection laser (puissance du faisceau laser, vitesse de balayage de la surface, débit de poudre) ont été investigués en relation avec la microstructure et la composition chimique finale du dépôt.Lors de l’étude tribologique, un tribomètre de type pion-disque a été utilisé et les essais de frottement ont été réalisés sous atmosphère d’argon, à température ambiante et à 200°C. Les mécanismes d’usure ont été identifiés pour les 3 matériaux et leur contre pièce (bille en AISI 316L). Les volumes usés ont quant à eux été analysés en fonction de la charge appliquée et l’effet de la température. / This thesis contributes to the replacement of the coating of Stellite 6 which is used in friction areas for the primary circuit of the reactor fast neutron.It contains three parts:1) A literature review for selecting the materials and the deposition process2) A parametric study to get healthy deposits (good adhesion with the substrate, little porosity, no cracks, low dilution)3) A study wear behavior of deposits obtained, at high temperature (200°C) under an atmosphere inert gas, to determine the wear resistance of materials selected without the influence of an eventual oxidation layer.From the literature review, it appears the following choices implemented in our study : * the method laser cladding with advantages such as: - Good adhesion (metallurgical) - High cooling speed - Low dilution rate - Wide parametric range * two nickel-based alloys: Colmonoy-52 and Tribaloy-700. These alloys have good dry wear behavior and could be deposited by the laser. In the manufacturing part of the healthy deposit, firstly, we characterized the metal powder. Then, a parametric study was performed to look for a good parametric range that makes us getting a healthy deposit of Stellite 6 (reference) of Colmonoy-52 and Tribaloy-700. In this case, relationships among three main process parameters laser cladding (laser beam power, surface scanning speed, rate of powder) with the microstructure and chemical composition of the deposit are studied. In study the wear behavior, a pin-on-disc type of tribological was used and tests were carried out in argon at room temperature and 200°C. We investigated the wear mechanism of the best deposition of Stellite 6, Colmonoy-52 and Tribaloy-700. The wear resistance of these materials were thourghly compared.

Le tritium est un radioélément produit par fission ternaire ou activation neutronique au sein des réacteurs de fission et utilisé comme combustible dans les machines de fusion (comme, en autres, le JET en Angleterre ou le futur ITER à Cadarache). Des études sont actuellement en cours sur la gestion de cette ressource que ce soit en vue de son utilisation ou de son élimination d’effluents gazeux, liquides ou de déchets. Cette thèse se propose d’étudier la revalorisation du tritium en tant que combustible pour les machines de fusion par le biais d’un Réacteur Catalytique à Membrane (RCM). Celui-ci associe les phénomènes de conversion catalytique de l’eau tritiée, par échange isotopique avec le diprotium selon la réaction générique Q_2 O+H_2⇌H_2 O+Q_2 (Q=H,D ou T), et de perméation sélective, d’une membrane à base de palladium. Ce matériau présente une perméabilité exclusive aux isotopes de l’hydrogène H, D et T par formation respective d’hydrures, deutérures ou tritiures de palladium. Au sein du RCM, ces flux transmembranaires permettent, par retrait des produits de réactions, d’atteindre des taux de conversion plus élevés que dans un réacteur à lit fixe à parois imperméables (loi de Le Chatelier). Au CEA, un banc d’essais utilisant le deutérium comme simulant du tritium a été construit dans l’objectif d’étudier de manière séparée, à l’échelle du laboratoire, ces propriétés de conversion et de perméation ainsi que leur couplage. Grâce au développement d’une méthode permettant l’analyse simultanée des isotopologues de l’eau et du dihydrogène par spectrométrie de masse, il a été montré, d’une part, que le catalyseur à base de nickel utilisé présente une activité suffisante pour que l’état d’équilibre thermodynamique des réactions d’échange isotopique soit atteint très rapidement et d’autre part, que le flux de perméation des isotopologues du dihydrogène suit une loi de Richardson. Des analyses de sensibilités sur les paramètres opératoires montrent que les performances globales du RCM (i.e. facteur de dédeutération) croissent avec la température, la différence de pression transmembranaire, le débit de balayage et le temps de séjour dans le tube, mais passent par un maximum avec la variation de la teneur en vapeur d’eau lourde dans le gaz à traiter. Sur la base de ces observations, un modèle phénoménologique quantifiant les transferts de quantités de mouvement et de matière a été développé. Il rend compte du comportement global observé expérimentalement même si un effort reste à fournir sur la modélisation de la perméation des espèces hétéronucléaires. Grâce aux principes physiques sur lesquels il est basé et aux règles de similitudes existant entre les propriétés physico-chimiques des différents isotopologues (loi de Graham), ce modèle est aisément extrapolable au traitement d’espèces tritiées.

L’objectif de cette étude portait sur la mise en œuvre de réacteur catalytique membranaire pour une application dans le traitement d’effluents liquides contaminés par des polluants organiques. Des phases catalytiques ont été déposées au sein des structures poreuses par différentes techniques afin de bien maîtriser la localisation des phases actives. L’optimisation des conditions opératoires a ensuite été réalisée. Ces matériaux sont actifs pour l’oxydation de polluants présents dans les effluents liquides et la configuration en mode contacteur a permis d’accroître l’efficacité et la stabilité des phases catalytiques pour ces réactions de dégradation grâce à un meilleur contact entre les réactifs et les sites actifs. / The aim of this study was to evaluate catalytic membrane reactor for wet oxidation efficiencies of pollutants in waste water. In a first part, we have prepared catalytic membrane using several techniques of deposition in order to well control the position of the active phase in the porous structure. After optimisation of the experimental parameters, the study of pollutant degradation has showed that catalytic membrane reactor, in contactor configuration present highest efficiency than conventional reactor due to optimized contacts between reactants and active sites.

Ce travail a eu pour objectif d’étudier la formation des Aérosols Organiques Secondaires (AOS) à partir de réactions de composés monoterpèniques (alpha-pinene, béta-pinene, d-limonene et gamma-terpinene) avec les radicaux OH. Il s’agissait dans un premier temps de se focaliser sur la première étape d’oxydation qui consiste en l’addition du radical OH sur la double liaison ou en l’abstraction d’un atome d’hydrogène avec formation de H2O. Le rapport de branchement entre l’addition et l’abstraction a donc été mesuré à différentes pressions. Ces réactions ont été étudiées à pression atmosphérique en utilisant la photolyse laser associée à la détection par absorption UV et à basse pression en utilisant un réacteur à écoulement couplé à un spectromètre de masse à temps de vol. Dans un second temps les produits d’oxydation formés à pression atmosphérique, qui composent les AOS, ont été piégés puis analysés par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse. / This aim of this work was to study the formation of secondary organic aerosols (SOA) from reactions of monoterpene compounds (alpha-pinene, beta-pinene, d-limonene, and gamma-terpinene) with OH radicals. In a first time, we focused on the first oxidation steps which may occur by two different reaction pathways: OH addition on the double bond and abstraction of a hydrogen atom (with formation of H2O). The branching ratio between addition and abstraction has been measured at different pressures. These reactions were studied at atmospheric pressure using laser photolysis coupled with detection by UV absorption and at low pressure using a fast flow reactor coupled to a time of flight mass spectrometer. In a second time, the oxidation products formed at atmospheric pressure, which composed the SOA, were trapped and analyzed by gas chromatography coupled to mass spectrometry.