Même si le transport par pipelines de bruts conventionnels reste relativement aisé, il devient plus problématique si le brut est composé d'un grand nombre de molécules hydrocarbonées comme les paraffines. Ces bruts paraffiniques ont la particularité d'avoir une température de prise en gel élevée, souvent supérieure à la température de l'environnement dans lequel il s'écoule. Lorsque l'écoulement dans la conduite est arrêté, la température diminue et entraîne la formation de bouchons de gel de plusieurs centaines de mètres. Après un long arrêt, il devient difficile de redémarrer l'écoulement. Le manque de compréhension des phénomènes impliqués lors du transport d'un brut paraffinique conduit à une surestimation des pressions de redémarrage et donc à un surcoût pour les compagnies pétrolières. Ainsi, ces travaux de thèse s'attachent à améliorer la compréhension du comportement d'un brut paraffinique et à enrichir sa modélisation afin que les simulations numériques prévoient des pressions et des temps de redémarrage plus précis. En faisant référence aux travaux théoriques, expérimentaux et numériques, il est décrit le comportement viscoplastique, thixotrope et compressible d'un brut paraffinique. Les propriétés thermiques et mécaniques liées à l'histoire du brut jouent un rôle essentiel sur le comportement du brut au redémarrage. Ainsi, le transport d'un brut paraffinique avant l'arrêt de la conduite correspond à l'écoulement stationnaire non-isotherme dans une conduite 2D axisymétrique d'un fluide viscoplastique dont les propriétés rhéologiques dépendent de la température. Le comportement d'un brut paraffinique au redémarrage est décrit par le déplacement d'un fluide viscoplastique, thixotrope et compressible par un autre fluide. Le caractère thixotrope est pris en compte par le modèle de Houska et la compressibilité est introduite dans le modèle de redémarrage. La loi de comportement est implémentée grâce à une technique de Lagrangien augmenté associée à un algorithme d'Uzawa afin d'appréhender sa non-dérivabilité. Les équations du problème sont discrétisées grâce à une méthode de Volumes Finis et un schéma TVD (Total Variation Diminishing) est utilisé pour traiter les termes de transport. La méthode de résolution habituellement utilisée pour les fluides viscoplastiques incompressibles est adaptée à des situations compressibles. Différents tests numériques sont menés et montrent les bonnes propriétés de convergence des algorithmes de résolution. Les résultats non-isothermes montrent la sensibilité des zones cisaillées/non-cisaillées aux variations de la température. L'influence des effets combinés de la thixotropie et de la compressibilité sur la capacité de redémarrage est également observée. Un fluide thixotrope incompressible ne pouvant être redémarré, peut être remis en écoulement si une compressibilité lui est ajoutée. Enfin, une étude comparative entre les résultats numériques et expérimentaux permet de valider le code numérique.

Ce travail a pour objectif l'étude de la réalisation de nanocomposites polypropylène (PP)/argile organophile (org-MMT) par mélange à l'état fondu. Il s'est articulé autour de trois thèmes principaux, qui sont l'effet des compatibilisants de type PP-g-MA et l'influence du procédé d'extrusion bivis sur l'état de dispersion, ainsi que le comportement rhéologique des nanocomposites en régime transitoire. L'importance des compatibilisants (PP-g-MA), et notamment leur concentration dans le système PP/PP-g-MA/org-MMT, a été mise en évidence. Un modèle rhéologique simple (loi de Carreau-Yasuda à seuil), a été proposé pour caractériser quantitativement le degré de dispersion à travers la valeur du seuil d'écoulement. En extrusion bivis, l'état de dispersion dépend fortement des conditions opératoires (vitesse de rotation N et débit Q), principalement du rapport Q/N. Des prélèvements locaux le long des vis ont révélé que l'essentiel de l'exfoliation s'est effectué lors de la fusion. Cette dernière apparaît comme l'étape gouvernant le processus de dispersion en extrusion bivis. Les relations entre le procédé et l'état de dispersion ont également été étudiées à l'aide du logiciel Ludovic©. Enfin, le comportement rhéologique des nanocomposites en régime transitoire a été étudié. On observe un pic de contrainte au démarrage, ainsi qu'un effet de restructuration après un temps de repos. Deux modèles théoriques développés initialement pour des suspensions colloïdales et des suspensions de fibres ont été utilisés pour décrire les phénomènes observés.

Ce travail porte sur la compréhension et la simulation numérique des phénomènes thermomécaniques régissant la formation des soudures au cours du procédé de soudage bout à bout de tubes de polyéthylène. Ce procédé consiste à faire fondre les extrémités des tubes et à les plaquer l'un contre l'autre avec une certaine pression pour former la soudure par refroidissement de la matière. Le soudage bout à bout, qui paraît simple a priori, fait intervenir un certain nombre de phénomènes interagissant entre eux. Ainsi, il existe de forts couplages entre la mécanique, la thermique et les changements de phase. Ce manuscrit est composé de trois parties principales. Premièrement, une analyse complète du procédé a été réalisée. Ainsi, les phénomènes thermiques se produisant au cours du procédé, principaux moteurs du soudage, et les déplacements de matière, responsables de la formation du cordon de soudure, ont été étudiés. Ceci a mis en évidence l'importance de la dilatation thermique, notamment lors du chauffage de la matière, mais aussi une cinétique de formation du bourrelet et une thermique complexes (formation d'un plan vertical dans le bourrelet lors du chauffage, importance du rayonnement et de la convection lors du chauffage des tubes). Dans une deuxième partie, nous avons caractérisé la matière dans le but d'obtenir une simulation numérique du procédé la plus réaliste possible. Les lois de fusion et de crisallisation du polyéthylène ont été déterminées à partir des lois d'Avrami et d'Ozawa. Les comportements du polyéthylène à l'état liquide, solide et au cours de la transition ont également été déterminés. De plus, des mesures d'enthalpie de changement de phase et de dilatation thermique ont été faites. Finalement, l'ensemble des étapes du procédé a été simulé à l'aide du logiciel Forge2®, bien adapté à la résolution des problèmes thermiques et mécaniques responsables de la formation des soudures. Les lois et les paramètres obtenus expérimentalement ont été intégrés au logiciel. Les résultats obtenus sont très satisfaisants, tant au niveau de la thermique que du déplacement de matière et de la forme des bourrelets. Nous avons à présent une meilleure compréhension du soudage bout à bout ainsi qu'un premier outil opérationnel pour simuler le procédé.

La modélisation expérimentale permettant une observation facile en 3 dimensions apparaît comme étant l'outil idéal pouvant arder à la compréhension de la genèse, du fonctionnement et de la géométrie des zones décrochantes sur le terrain. L'application à la modélisation expérimentale de la tomographie aux Rayons X a permis de mettre en évidence que dans une couverture sédimentaire purement fragile les failles s'initialisent sur la faille de socle et se propagent vers le sommet. A l'opposé, en présence d'un niveau ductile, les failles s'initialisent à la surface de la pile sédimentaire et se propagent vers la base. Dans une étude sur le décrochement oblique, différentes co nfigurations i) de faille de socle (normale, verticale ou inverse), ii) de déplacement imposé sur le plan de faille et iii) composition rhéologique (couverture purement fragile ou fragileductile) ont été tèstées. Une étude sur la réactivation en contexte décrochant a ég alement été envisagée. Dans un premier stade de déformation, un champ de failles est créé au dessus d'une faille de socle inverse, verticale ou normale, pour différentes rhéologies. Puis ces champs de failles sont déformés en contexte purement décrochant. Les failles sont communément réactivées en profondeur. En surface, la réactivation est moins évidente, mais les structures antérieures controlent la localisation et la géométrie des décrochements. L'analyse des zones décrochantes compressives est ensuite abordée. Le travail de modélisation met en évidence la séparation des déplacemen familles de failles dans des systèmes fragile-ductiles. Une étude de terra été réalisée en Colombie, mettant en évidence le jeu décrochant et décrochevauchant d'une faille active (la faille de Bucaramanga). Enfin la formation et le fonctionnement simultanés de plis et de failles au dessùs d'un décrochement de socle sont envisagés, à la fois sur des exemples naturels dans le domaine Sud-Caraïbes, et par une approche expérimentale.

Cette thèse est un apport à la compréhension de l'évolution des propriétés rhéologiques des enrobés bitume soumis à une irradiation γ. La prédiction du gonflement suivant la composition radiologique d'un enrobé est nécessaire pour évaluer l'intégrité des colis, en particulier durant la phase de réversibilité du stockage (durée séculaire). Le but de cette thèse est donc d'acquérir les données expérimentales rhéologiques et leur évolution sous irradiation pour in fine prédire l'évolution dans le temps des colis de bitume en terme de gonflement. C'est la raison pour laquelle une stratégie a été mise en place. Après avoir caractérisé le comportement du bitume exempt de sels grâce aux mesures rhéologiques et thermiques, une série d'extrusion d'enrobés modèles a été préparée. En extrusion bivis, l'état de dispersion dépend fortement des conditions opératoires (vitesse N et débit Q) et principalement du rapport N/Q ; des valeurs extrêmes de N/Q montrent un seuil d'écoulement élevé qui est un indicateur de l'amélioration de l'état de dispersion. Par ailleurs, l'enrobé industriel montre la viscosité la plus importante par rapport aux enrobé modèles, ce qui limite la migration des bulles. Une grande partie de ce travail a été consacrée à l'effet de l'irradiation γ sur le comportement du bitume et des enrobés. Des modifications externes et des changements structuraux ont lieu sous irradiation. A la fin de ce manuscrit, un modèle basé sur l'expression de Krieger-Dougherty a été établi et qui montre une très bonne adaptation aux résultats expérimentaux.

Le propos de cette thèse est d'étudier les mécanismes physiques de la déformation intracontinentale sous le double aspect mécanique et thermique. A cause des nombreuses données structurales, géophysiques, pétrologiques ou géochronologiques existantes dans les domaines orogéniques, cette étude s'est plus particulièrement localisée sur la formation des chaînes de montagnes et d'une façon générale sur la collision continentale. Dans une première partie, la déformation lithosphérique est abordée d'un point de vue strictement mécanique par une approche expérimentale qui rend compte d'une partie de la complexité des rhéologies lithosphériques continentales. En particulier, nous nous sommes attachés à respecter les deux comportements extrêmes qui se rencontrent dans la lithosphère.  le comportement fragile (F) (croûte supérieure et dans certains cas une partie du manteau).  un comportement ductile (D) (croûte inférieure et majeure partie du manteau). Les modèles analogiques ont été construits à partir de matériaux qui respectent ces propriétés et qui, de plus, sans l'aide d'une centrifugeuse, respectent la part des forces gravitaires par rapport aux forces tectoniques. Pour respecter le degré de simplification des modèles (les modèles analogiques respectent essentiellement la dualité fragile-ductile et les différences de densité), nous avons considéré la lithosphère comme étant composée de quatre couches (croûte fragile, croûte ductile, manteau fragile, manteau ductile). L'application de la modélisation analogique à la déformation lithosphérique a alors été réalisée par une étude de la résistance à la déformation de chacune des couches de la lithosphère à partir des données expérimentales sur la rhéologie des roches et en fonction essentiellement de la structure thermique. Trois séries d'expériences ont alors été réalisées afin de comprendre les relations entre les conditions aux limites, la composition rhéologique et les déformation :  une première étude sur l'évolution de l'épaississement crustal pendant une collision a mis en évidence l'importance de la rhéologie sur la déformation.  une deuxième étude a permis de caractériser la déformation tridimentionnelle associée au poinçonnement, en particulier la répartition dans l'espace des différents types de failles (chevauchements, décrochements et failles normales).  enfin, une troisième étude a été réalisée pour étudier la vergence et la propagation des failles dans un système fragile-ductile. Dans la deuxième partie de cette thèse, les conséquences thermiques liées à la superposition d'unités crustales ont été étudiées à partir d'un modèle numérique aux différences finies. Les évolutions thermiques (géothermes) et métamorphiques (Chemins Pression-Température-temps i.e. P, T, t) sont indépendantes du nombre d'unités chevauchées, de la chronologie respective des chevauchements et finalement de leur mode de propagation spatial. La forme des chemins (P. T. t) reflète donc en partie l'histoire tectonique des chaînes de montagne. Comme il est difficile de connaître l'histoire de la déformation dans les orogènes uniquement à partir de l'état fini actuel, cette étude s'avère nécessaire pour interpréter les données pétrologiques (évolution de la température en fonction de la pression) et géochronologiques (qui peuvent dans la plupart des cas être considérées comme des relations température-temps) en fonction des évènements tectoniques. Dans le cas des Alpes Occidentales, cette modélisation nous a permis de contraindre les schémas d'évolution tectonique. La dernière partie de cette thèse traite directement des interactions thermo-mécaniques sur la déformation dans les orogènes. On constate en effet que la tectonique tangentielle, qui consiste à superposer des nappes " rigides " les unes sur les autres pour épaissir la croûte, ne peut expliquer tout le champ de déformation finie et les données métamorphiques dans les chaînes de montagne. Nous proposons un processus supplémentaire de déformation lié essentiellement aux forces gravitaires qui peut, d'une part, expliquer le champ de déformation finie, d'une part, des données pétrologiques et géochronologiques dans des zones où le métamorphisme est intense (très haute température et faible pression), en particulier les dômes thermiques.

Une préoccupation environnementale majeure des espaces littoraux concerne le déplacement et le dépôt des vases. La maîtrise de la gestion de ces régions nécessite de mieux comprendre ces processus complexes et leur dépendance vis-à-vis des propriétés mécaniques des vases. Cette thèse constitue une étude expérimentale sur la problématique de l'érosion et le lien avec les propriétés rhéologiques des sédiments cohésifs (vases). On considère que le phénomène d'érosion correspond à une transition solide-liquide du matériau qu'il faut caractériser à la fois macroscopiquement et localement. On fait le choix d'utiliser des matériaux modèles stables et reproductibles pour simuler les sédiments cohésifs. Deux dispositifs ont été employés : un RhéoScope1 et un mini-canal annulaire à érosion. Les techniques de µPTV et de PIV ont été mises en oeuvre pour caractériser respectivement les déformations du matériau et le champ hydrodynamique. Deux fluides modèles transparents, utilisant le carbopol et la laponite, ont également été mis au point. Ces fluides se caractérisent par des valeurs voisines de contrainte seuil et par des propriétés thixotropes différentes. Grâce aux techniques rhéo-physiques présentées, il a été montré que les conditions aux limites des expériences, comme l'état de surface de la géométrie utilisée en rhéométrie ou l'état de confinement de la section de mesure en étude d'érosion, conditionnent le comportement en transition. Outre la résistance mécanique du matériau, le caractère thixotrope affecte fortement la dynamique de transition. Les essais en canal d'érosion ont mis en évidence le rôle déstabilisateur des phénomènes d'échange à l'interface du fond sédimentaire.

La déformation de la partie supérieure de la lithosphère continentale s'exprime à travers la nucléation, la croissance et la coalescence de failles. A l'échelle de l'affleurement (échelle locale), ces failles traduisent une localisation de la déformation. Cependant, à une échelle globale (échelle du système), elles peuvent traduire une déformation plus distribuée. Ce transfert d'échelle (de l'échelle locale à l'échelle globale) dépend fortement des mécanismes de déformation impliqués. La lithosphère est un milieu au sein duquel coexistent différents mécanismes de déformation (la rupture fragile et le fluage ductile par exemple). Comprendre son comportement mécanique nécessite de prendre en compte cette variation rhéologique. Dans ce but, nous avons réalisé des modèles analogiques qui respectent la stratification fragile-ductile et qui sont dimensionnés par rapport à la gravité. Ces modèles sont construit en superposant un niveau de sable (localisant la déformation) sur un niveau de silicone (qui distribue la déformation). Le comportement mécanique de ces modèles est décrit à l'aide d'un nombre adimensionnel déterminé expérimentalement (r). Selon la valeur de r, deux modes de déformation peuvent être individualisés, chacun caractérisés par une géométrie des réseaux de failles différente (distribution des longueurs et organisation spatiale). Lorsque r est inférieur à 0,5, la déformation est distribuée sur l'ensemble de l'expérience. Le réseau de failles se caractérise par une distribution de longueurs qui suit une loi exponentielle dont la longueur caractéristique /0 est égale à l'épaisseur du niveau fragile. Les failles sont réparties uniformément dans l'espace et la dimension fractale de ce réseau est égale à 2. Lorsque r est supérieur à 0,5 la déformation est localisée le long de deux bandes de cisaillement auxquelles est associé un réseau complexe de failles. Une analyse très fine du champ de déformation a montré l'existence de fluctuations spatiales et temporelle de l'intensité de la déformation (liées aux fonctionnement des failles) et une organisation spatiale qui évolue au cours du temps. Avant la localisation, la dimension fractale est égale à 2, ce qui traduit la nature décorrélée du champ de déformation. Après la localisation, la dimension fractale devient égale à 1,9. La distribution des longueurs de failles suit une loi gamma. Cette loi est une fonction . mixte entre une loi exponentielle et une loi de puissance qui se caractérise à l'aide d'une longueur caractéristique 10 et d'un exposant a. La longueur /0 augmente fortement selon la valeur de r. L'exp'osant a est toujours proche de 2 indépendamment de la valeur der. La dimension fractale des failles est égale à 1,8, traduisant la nature corrélée de la fracturation et la localisation. Cette approche expérimentale a permis 'de relier la géométrie des réseaux de failles à la mécanique du système et donc de préciser le mode de croissance de ces réseaux. La transition entre les ces deux modes de déformation est brutale et intervient pour un rapport de résistance r critique. Elle peut être assimilée dans sa nature à une transition de phase. Cette transition est effective lorsque la longueur caractéristique /0 devient plus grande que l'épaisseur finie du niveau fragile. Elle s'interprète comme le passage d'une croissance des failles suivant les directions verticales et horizontales, à une croissance dans la direction horizontale. Ces différents résultats, concernant la dépendance r sur la distribution des longueurs de failles et sur l'organisation spatiale des réseaux de failles permettent de préciser le mode de déformation de la lithosphère continentale. Une estimation de r montre que celui-ci est proche de la valeur critique, la déformation pouvant donc être localisante ou non localisante. Une analyse plus précise du réseau de failles en Afars (Ethiopie) suggère une déformation plutôt localisante.

Les émulsions très concentrées sont présentes dans de nombreux domaines tels que l'agroalimentaire ; la cosmétique ; la pétrochimie etc. L'enjeu de cette étude de thèse est de caractériser un nouveau type de mélangeur basse énergie appelé mélangeur à deux barreaux (MDB) permettant d'obtenir en une seule étape une émulsion très concentrée d'huile (91%) visqueuse dans de l'eau. Ce travail a permis de définir les grandes étapes et la cinétique de formation de ce type d'émulsion au sein de ce mélangeur deux barreaux en cuve (MDB-Cuv.). Il a également été montré que ce mélangeur permet de contrôler la taille des gouttes et donc les propriétés de l'émulsion formée tout en étant très compétitif d'un point de vue énergétique. Enfin, ce procédé en cuve a pu être adapté en continu (MDB-Cont.) tout en conservant ses principales caractéristiques : production contrôlée d'émulsion uni-modale à faible coût énergétique et sans échauffement des fluides. Mots clefs : Emulsions concentrées, Emulsification basse énergie, Procédé, Rhéologie des émulsions concentrées, Contrôle et caractérisation de la taille des gouttes, Intensification.

Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés à prédire les caractéristiques rhéologiques de suspensions de particules dans des situations non newtoniennes. Nous avons tout d'abord étudié expérimentalement le comportement rhéologique de suspensions bidisperses de particules non colloïdales et non browniennes immergées dans un fluide à seuil dans les situations où les interactions entre particules sont hydrodynamiques (mécaniques). Nous avons montré que l'influence de la polydispersité des particules sur le module élastique et le seuil de contrainte de la suspension pouvait être décrit en utilisant un modèle d'empilement développé pour les matériaux granulaires secs. Deux relations analytiques simples permettant d'estimer le module élastique et la contrainte seuil d'une suspension non newtonienne polydisperse en fonction des caractéristiques des constituants ont alors été proposées et validées. Nous nous sommes ensuite intéressés à la prédiction des caractéristiques globales de suspensions contenant une forte concentration de particules de taille différente dans le cadre d'une approche par changement d'échelle. Pour cela, nous avons mis en uvre une approche par motifs morphologiques permettant la prise en compte de paramètres géométriques tels que la distribution de tailles des inclusions ou les distances entre particules voisines. Les résultats de ce modèle ont été validés par comparaison avec des données expérimentales de la littérature. Nous avons ensuite montré que les modèles morphologiques permettaient également de décrire l'évolution des modules complexes d'un matériau thixotrope subissant une transition de phase liquide-solide due à la croissance et la percolation d'un réseau de particules attractives. Dans la dernière partie de cette étude, nous avons étudié expérimentalement l'influence de l'histoire de cisaillement sur la structuration et la déstructuration d'une suspension colloïdale thixotrope