Les mortiers projetés sont formulés de manière très complexe, afin de notamment répondre aux exigences imposées par leur procédé de mise en place. La caractérisation et l’interprétation des leurs propriétés rhéologiques représentent ainsi un grand challenge, faisant appel à diverses thématiques de la matière molle : suspensions granulaires, dispersions colloïdales, solutions de polymère, mousses, etc. Nous considérons l’influence de divers paramètres de formulation, toutefois, le cœur de cette étude concerne l’influence des épaississants organiques, en particulier les éthers de cellulose (EC). Ces polysaccharides sont utilisés dans la pratique principalement pour leurs propriétés de rétention d’eau, mais ils ont également un fort impact sur la rhéologie. Nos résultats montrent que les EC augmentent considérablement la consistance du mortier, mais leur influence sur le seuil d’écoulement est plus complexe : celui-ci augmente pour les faibles dosages puis diminue jusqu’à s’annuler pour des dosages élevés. L’impact de l’EC sur la rhéologie du mortier a été relié à son influence sur les propriétés de la solution aqueuse interstitielle, en invoquant notamment ses aspects associatifs. La rhéologie est influencée par des facteurs externes (température, ajout de tensioactif) ainsi par la structure chimique du polymère. Avec la rhéologie oscillatoire, nous avons analysé l’impact de certains types d’épaississants sur l’organisation microstructurale du mortier. Nous avons établi une corrélation nette entre propriétés viscoélastiques et rétention d’eau. Plus l’épaississant augmente, plus les aspects dissipatifs augmentent et plus la rétention d’eau s’améliore. / Machinery rendering mortars are characterized by a highly complex mix-design, due to several requirements related to their placement process that need to be fulfilled. It is therefore a challenge to characterize their rheological properties. Indeed they display most of the features encountered in the field of soft matter. We consider the influence of several mix-design parameters on most of the fresh state properties of the mortars. However the main focus is the impact of organic thickening admixtures, in particular cellulose ethers (CE), on the rheological behavior. These admixtures are used for their water retention capacity, yet they have also a high impact on the rheological properties. CEs significantly increase the consistency, while their effect on the yield stress is more complex: when increasing CE dosage rate the yield stress first increases, and then decreases beyond a critical dosage rates. The impact of CE on the mortar rheological behavior is discussed in relationship to its effect on the properties of the interstitial aqueous solution. The associative feature of the CE polymer is particular referred to explain our results. Several parameters that may affect this property are considered. Small amplitude oscillatory shear rheology is used to probe mechanically the influence of CEs on the microstructure of the mortar. By comparing the effect of different thickening admixtures on the viscoelastic properties of the mortars a clear correlation between these properties and water retention is established. The more the admixture introduces viscous dissipation as compared to elasticity into the system, the more it increases its water retention capacity.

Afin d'établir un lien entre les solutions servant de modèles dans la préparation de matériaux mésoporeux, on étudie les propriétés physiques à l'équilibre et hors équilibre de solutions micellaires aqueuses à base de deux tensioactifs fluorés : C8F17C2H4(OC2H4)9OH, [RF8(EO)9] and C7F15C2H4(OC2H4)8OH, [RF7(EO)8]. Cette étude devrait nous aider à comprendre pourquoi on obtient des matériaux mésoporeux bien ordonnés à partir de solutions micellaires du tensioactif RF8(EO)9 et des structures désordonnées lorsque l'on utilise RF7(EO)8. Les expériences sont menées sur quatre systèmes de deux surfactants: RF7(EO)8/H2O, RF7(EO)8/NaI/H2O, RF8(EO)9/H2O et RF8(EO)9/NaCl/H2O. Plusieurs techniques expérimentales sont utilisées: rhéologie, biréfringence d'écoulement et diffusion de neutrons aux petits angles dans le but de décrire ces quatre systèmes. Les diagrammes de phase des deux tensioactifs montrent qu'une phase micellaire L1 existe dans une large gamme de température et concentration. Mais dans tous les cas, la distance à la courbe de miscibilité a une influence sur les caractéristiques rhéologiques bien que toutes les solutions soient une phase L1. La biréfringence d'écoulement des deux systèmes apporte des informations complémentaires quant à la taille et la forme des micelles. Pour les deux systèmes, avec et sans sel, les résultats suggèrent l'existence de petites micelles allongées liées en chaines par des forces faibles excepté pour le système RF8(EO)9 qui ne présente pas de biréfringence notable; les micelles sont probablement petites avec une forme voisine de la sphère. Pour les quatre systèmes, on observe une perte du caractère Maxwellien lorsque les conditions de concentration et de température se rapprochent de la courbe de miscibilité. Ces résultats confortent l'idée selon laquelle : les conditions thermodynamiques choisies pour l'addition de la silice ne doivent pas être trop proches de la courbe de miscibilité, afin d'obtenir des matériaux mésoporeux ordonnés. Dans ces conditions, les solutions sont Maxwelliennes et les matériaux mésoporeux synthétisés sont ordonnés / To provide a link between the micellar templates and the mesoporous material characteristics in the final product, the physical properties of aqueous systems prepared with two kinds of fluorinated surfactants are described and analyzed under equilibrium and out-of-equilibrium conditions: the surfactants are C8F17C2H4(OC2H4)9OH, [RF8(EO)9] and C7F15C2H4(OC2H4)8OH, [RF7(EO)8]. This study may help us to understand why the ordered mesoporous materials are recovered only when RF8(EO)9 micellar solutions are used as building blocks while RF7(EO)8 solutions give rise to wormhole like structure. The distance to the lower consolute boundary (LCB) and a shift in position by salt additions are also taken into account. The experiments concern four systems of two surfactants; 1) pure RF7(EO)8 in water, 2) RF7(EO)8 in the presence of the NaI salt, 3) pure RF8(EO)9 in water, and 4) RF8(EO)9 in the presence of the NaCl salt. Several experimental techniques have been used (rheology, flow birefringence, neutron scattering) to shed light on the physical difference between the four systems. The phase diagrams of both surfactants show that a direct micellar phase (L1) exists in a wide range of concentrations and temperatures. In any cases, the distance to the LCB is a parameter which influences rheological behaviour although the micellar phase still is a L1 phase. The flow birefringence experiments performed on both systems bring complementary information of the size and shape of the micelles. For both systems, with and without salt, the results suggest the existence of small elongated micelles linked by weak forces except for the RF8(EO)9 system which shows no birefringence; the micelles in solution are probably small with a shape close to a sphere. From all four systems, the loss of the Maxwellian character is generally observed when the conditions approach the miscibility curve. These results consolidate the assumption that in order to prepare ordered mesoporous materials, the thermodynamical conditions at which the silica precursor is added to the micellar solution should not be too close to the miscibility curve. Therefore, this study suggests that the Maxwellian character seems to be a pre-requisite condition of the micellar solution for obtaining ordered mesoporous materials

Dans ce travail, nous choisissons, dans l'optique de mieux comprendre le rôle joué par les éthers de cellulose dans les mortiers monocouches, d'utiliser la rhéomètrie pour identifier les mécanismes d'action de ces molécules au sein d'une pâte de ciment. Nous développons ainsi les protocoles et l'analyse associée nous permettant, à partir de mesures macroscopiques, d'affiner notre compréhension de ces molécules à une échelle microscopique. Puis, nous extrapolons de nos résultats les conséquences d'une modification du dosage ou des paramètres moléculaires de l'éther dans le cas du mortier monocouche et de sa mise en œuvre. Dans une première partie, nous étudions l'influence de l'ajout d'éthers sur la viscosité du fluide interstitiel d'une suspension cimentaire et le rôle de ce paramètre sur la rétention d'eau. Dans une deuxième partie, nous étudions l'effet des éthers de cellulose sur le seuil d'écoulement et la déformation critique de pâtes de ciment et le rôle de ces paramètres sur la capacité d'adhésion du mortier. Dans une troisième partie, nous étudions l'effet des éthers de cellulose sur la viscosité d'une pâte de ciment et le rôle de ce paramètre sur la facilité de lissage / We choose in this work to use rheology to understand the role of cellulose ethers in render mortars and identify their mechanisms of action in a cement paste. We develop some protocols and their analysis to improve, from macroscopic measurements, our understanding of these molecules at a microscopic scale. We then extrapolate from our results the consequences of a change in amount, nature or chemical structure of the ether on the render mortar fresh properties. In a first part, we study the influence of ethers on the viscosity of a cement paste interstitial fluid and the effect of this viscosity on water retention. In a second part, we study the effect of cellulose ethers on the yield stress and critical deformation of cement pastes and the role of these rheological parameters on the properties of the render mortar. In a third part, we focus on the influence of cellulose ethers on the viscosity of cement pastes and the role of this parameter on the application easiness of the render mortar

Ce travail de thèse porte sur les liens entre les conditions opératoires du procédé de mise en œuvre par mélange à l'état fondu et la structure de nanocomposites polypropylène/argile, ainsi que sur l'influence de l'état de dispersion de l'argile sur les propriétés mécaniques des matériaux obtenus. L'étude est basée sur des essais expérimentaux. Les analyses structurales sont réalisées en s'appuyant sur la rhéologie, la diffraction de rayons X ainsi que sur des observations en microscopie électronique.Les études en mélangeur interne ont montré, d'une part, que l'augmentation de la concentration en agent compatibilisant (PP-g-MA) favorise la dispersion de l'argile à l'échelle manométrique tout en augmentant la fragilité des nanocomposites, et d'autre part, que le mélange par voie mélange maître permet d'améliorer considérablement l'état de dispersion comparativement à la voie directe. Les essais réalisés en extrusion bivis corotative ont permis de mettre en évidence l'impact de la vitesse de rotation des vis (N), du débit d'alimentation (Q) et de la température de régulation (Trég) sur l'état de dispersion. L'influence de ces trois variables peut être décrite à l'aide d'un paramètre unique : l'énergie mécanique spécifique (EMS). L'accroissement de l'EMS entraîne une augmentation du niveau d'exfoliation jusqu'à une valeur critique au-delà de laquelle les conditions opératoires ne semblent plus influencer l'état de dispersion. Une relation entre le module de Young des nanocomposites et le niveau d'exfoliation a été établie. Le logiciel LUDOVIC© nous a permis de montrer que l'EMS permet également une bonne description de la progression de l'état de dispersion le long du profil d'extrusion. Enfin, l'étude du comportement thixotrope des nanocomposites à l'état fondu a notamment permis de comprendre que le principe de superposition temps-température ne s'applique pas systématiquement aux nanocomposites étant donné leur caractère évolutif. / The present PhD work deals with the relationships between melt processing conditions and the structure of polypropylene-layered silicate nanocomposites, as well as the influence of the dispersion state on the mechanical properties of nanocomposites. This study is based on experimental results. Structural analysis are performed using rheology, X-ray diffraction and electron microscopy.Internal mixer studies revealed that the increase of compatibilizer (PP-g-MA) content simultaneously leads to enhanced nanoscale dispersion and increased brittleness of the nanocomposites. A significantly higher dispersion was stated using a masterbatch method, as opposed to direct blending method. Co-rotating twin screw extrusion experiments allowed to highlight the effect of screw rotation speed (N), feed rate (Q) and barrel temperature (TrÈg) on the degree of dispersion. The influence of these three parameters on the nanocomposites structure can be described using the specific mechanical energy (SME) as a single processing parameter. Exfoliation is clearly promoted by the increase of the SME until it reaches a critical value. Above that threshold, the degree of exfoliation levels off and improvement of the dispersion state cannot be obtained through the optimization of processing conditions anymore. A relationship between the Youngís modulus of the nanocomposites and the exfoliation level has been established. Twin screw extrusion simulation software (LUDOVIC©) was used to calculate the evolution of processing data along the screw profile. From these results, a correlation between the progression of the dispersion state along the extrusion profile and the SME was found. Eventually, rheological investigation on the thixotropic behaviour of nanocomposites enabled to emphasize that time-temperature superposition principle doesn't systematically hold true for nanocomposites because of their structure aging.

Le but de ce travail expérimental est de caractériser de l’écoulement d’émulsions dans des dispositifs microfluidiques Grâce à une technique de vélocimétrie par suivi des particules, nous avons accès au comportement rhéologique local des émulsions étudiées. En faisant varier la largeur du canal microfluidique dans lequel s’écoule l’émulsion ainsi que la rugosité des parois qui confinent l’écoulement, nous avons mis en évidence des effets non locaux dans l’écoulement d’émulsions concentrées en milieux confiné. Nous avons proposé un modèle microscopique scalaire qui permet de rendre compte des résultats obtenus. La non localité est quantifiée par une longueur, caractéristique de la coopérativité de l’écoulement. Cette longueur est typiquement de quelles tailles de gouttes. Nous avons étudié plusieurs émulsions afin de mettre en évidence l’influence de la fraction volumique en gouttelette, leur taille ainsi que leur polydispersité sur la longueur caractéristique de la coopérativité de l’écoulement. / This work is an experimental study of the flow of emulsions in confined media. Here we use a microfluidic velocimetry technique to characterize the flow of thin layers of concentrated emulsions, confined in gaps of different thicknesses by surfaces of different roughnesses. We find evidence for finite-size effects in the flow behaviour and the absence of an intrinsic local flow rule. In contrast to the classical nonlinearities of the rheological behaviour of amorphous materials, we show that a rather simple nonlocal flow rule can account for all the velocity profiles. This nonlocality of the dynamics is quantified by a length, characteristic of cooperativity within the flow at these scales, that is unobservable in the liquid state (lower emulsion concentrations) and that increases with concentration in the jammed state

Aujourd’hui, les pathologies respiratoires chroniques constituent un fardeau sanitaire mondial. Beaucoup sont associées à une modification rhéologique du mucus. Le rôle de clairance du mucus tapissant les voies respiratoires est de capturer des particules étrangères afin qu’enzymes et anticorps le nettoient, puis d’être transporté vers le pharynx pour être digéré ou expectoré. Dans des conditions pathologiques (e.g. mucoviscidose), les propriétés physiques assurant cette fonction vitale sont entravées par des modifications de la composition du mucus. L’objectif ici est de caractériser en profondeur les propriétés mécaniques du mucus vis-à-vis du développement d’appareils d’aide à la clairance. Ceci est réalisé par des moyens expérimentaux et de la modélisation depuis la base de données qui en découle. Le mucus réel implique de sérieuses problématiques de collecte, c’est pourquoi le choix a été fait de préparer des simulants à partir de glycoprotéines à différentes concentrations reproduisant la variété naturelle du mucus. Cela a permis de tester chacune des variétés vastement, palliant ainsi les problèmes de cohérence intrinsèque. La microscopie optique et la MEB ont donné un aperçu visuel du réseau 3D des simulants et confirmé sa similarité avec des mucus réels. La tension de surface, liée à la mouillabilité et l’adhésivité du mucus sur la surface épithéliale a été mesurée. Cela a montré une bonne concordance avec des mucus pathologiques, en particulier les concentrations élevées, en cohérence avec les observations cliniques. Le mucus est sujet aux changements de température in-vivo et peut varier de 20°C près de la bouche à 40°C en cas d... / Today, chronic respiratory pathologies constitute a worldwide health burden. Most of them are associated to a modification of the mucus rheology. The clearance role of mucus is first to trap foreign particles, so that enzymes and antibodies can start the cleaning and then to transport them towards the pharynx, to be digested or expectorated. Under disease conditions (e.g. Cystic Fibrosis), the physical properties ensuring this vital function are hindered by modifications of the mucus composition. The purpose of this thesis is then to characterize thoroughly the physical (essentially rheological) properties of mucus to improve the development of clearance helping devices using both experiments and modeling based on the subsequent database. Real mucus implies strong issues related to sample collection, hence the choice made in this work was to use mucus simulants prepared from glycoproteins at various concentrations to mimic the real mucus variety. It allowed to widely test each unique sample thus palliating the issue of intrinsic consistency. Optical microscopy and SEM were used to give a complementary insight into the 3D network of samples and confirmed the similarity with former observations made on real mucus. The surface tension (closely related to the wettability and adhesiveness of the bronchial mucus on the epithelium surface) was also measured for each concentration. It showed a good agreement with pathological mucus, especially for the high polymer concentrations. Mucus is prone to temperature variations in-vivo 20°C close to the mouth to 40°C under fever conditions. Hence thermal diffusivity, conductivity, and heat capacity were measured in this tem...

Les carraghénanes (Car) sont des polysaccharides linéaires sulfatés extraits d’algues rouges et sont très utilisés en tant qu’épaississants et gélifiant en industrie. Les rendements d’extraction ainsi que les propriétés physicochimiques de Car extraits de différentes espèces cultivées dans la baie de Cam Ranh au Vietnam ont été déterminés. Pour les variantes kappa et iota, les propriétés rhéologiques et de la microstructure en solution seuls ou en mélange à différentes concentrations en présence de CaCl2 ou de KCl. Leurs mélanges présentent une gélification thermique en deux étapes qui correspondent chacune aux gélifications du kappa et iota seuls. Cependant, pour les mélanges, l’élasticité du gel est nettement supérieure à la somme de celle des Car seuls. Des mesures en microscopie confocale et de turbidimétrie ont démontré que les gels obtenus avec le kappa étaient toujours plus turbides que ceux avec l’iota mais étaient moins turbides dans les mélanges. Au vus des résultats, un mécanisme de séparation de phase microscopique entre les deux Car semble très peu probable. Des mesures de FRAP (Recouvrance de Fluorescence Après Photo-blanchiment) ont permis de sonder la mobilité des chaînes de Car dans les gels pour les systèmes individuels ou les mélange. Dans tous les cas, il a été observée qu’une fraction des chaînes de Car reste mobile dans les gels. Cette fraction mobile varie de 25% à 75% selon le type de Car et le type/concentration en sel. Cette fraction n’est pas corrélée à la dureté du gel quelles que soient les conditions opératoires. De plus, il a été démontré que les chaines relarguées sont plus petites que la moyenne de l’échantillon initial. / Carrageenan (Car) is a polysaccharide extracted from red algae and is widely used as thickener, stabilizer and gelling agent in various products. Properties of Car extracted from different algae species cultured at Cam Ranh Bay in Vietnam were characterized. Kappa car extracted from K. alvarezii and iota Car from E.denticulatum were selected to study the rheological properties and the microstructure of individual and mixed car solutions in presence of CaCl2 and KCl. Mixtures showed a two-step gelation process with gelation temperatures that coincided with those of corresponding individual kappa and iota Car solutions. However, the stiffness of the mixed gels was much higher than the sum of the corresponding individual gels. Confocal laser scanning microscopy and turbidity measurements showed that the kappa Car gel was always more heterogeneous than the iota Car gel, but less in the mixture than in the individual system. The results show that microphase separation of iota and kappa Car in mixed gels is highly unlikely.The mobility of Car chains in individual gels of kappa and iota Car and their mixtures was determined using fluorescence recovery after photobleaching. Slow recovery was observed for the gels showing that a fraction of the Car chains remained mobile. The fraction of mobile chains in the gels varied between 25% and 75% depending on the type of Car and the type and concentration of salt. The fraction of mobile chains in gels was not correlated to the gel stiffness. These results were confirmed by the release of Car from gel fragments into excess solvent. It was found that released Car chains were smaller than the average size of the initial Car sample.

La rhéologie des fluides complexes est un sujet à l’intérêt grandissant dans le domaine de la recherche appliquée. Toutefois, les rhéomètres classiques nécessitent de grands volumes d'échantillons et sont généralement limités à une plage relativement étroite de fréquences de fonctionnement. En outre, seuls quelques rhéomètres sont dédiés à desmesures à hautes pressions, qui sont pourtant essentielles pour résoudre certains des problèmes rencontrés dans l’industrie pétrolière. Par conséquent, dans le cadre de cette thèse, un rhéomètre piézo-électrique à vibrations axiales est présenté. Il peut produire des données sur une large gamme de fréquences continues (1 Hz à 8 kHz). Il peut êtreutilisé avec de faibles quantités d'échantillons (jusqu'à 10 μL) et a servi pour la caractérisation d’huiles de synthèse. Enfin, cet appareil a été adapté pour faire face à des conditions de haute pression. Pour ce faire, une nouvelle conception de la cellule a été nécessaire et est présentée dans ce travail. Ce projet de thèse permettra d'étudier les propriétés de transport des huiles lourdes et de concilier les données obtenues dans les domaines de la sismique et de la pétro-acoustique. / Rheology of complex fluids is growing topic in applied research. However, the conventional rheometers require large sample volumes and are usually limited to a relatively narrow range of operating frequencies. Furthermore, only few rheometers are dedicated to high pressures conditions, which are nevertheless crucial to tackle some of the petroleum industry problem. Therefore, in this thesis, a piezoelectric axial vibrator rheometer is presented which can produce data for a large continuous frequency range (1 Hz to 8 kHz). It can be used for very small amount of samples (down to 10μL) andhas been employed to characterize synthetic oil. Then, this apparatus has been adapted to deal with High Pressure conditions. To do so, a new design of the cell has been required and is presented in this work. This thesis project will allow studying the transport properties of heavy oils to conciliate the data obtained in the areas of seismic and petro-acoustic.

Le cadre général de cette thèse est d'obtenir une meilleure compréhension des écoulements géophysiques comme les glissements de terrains. Dans tous ces évènements, on sait que le couplage entre milieu granulaire et fluide interstitiel joue un rôle important. Lors du démarrage, la présence d'eau influe sur la déformation des sols; ainsi, des sols initialement différents se comportent différemment. Cette thèse présente une expérience et un modèle mettant en évidence les phénomènes physiques lors du déclenchement des avalanches immergées. Notamment, la dynamique de l'avalanche dépend fortement de la fraction volumique de l'empilement initial, le déclenchement étant fortement retardé lors d'une légère compaction initiale.

L'originalité de cette étude consiste à confronter les caractéristiques structurales, morphologiques et rhéologiques de deux systèmes ternaires à morphologie nodulaire : l'un à matrice polyéthylène (PE) et l'autre à matrice polyamide (PA). La nanocharge utilisée est une montmorillonite modifiée (C30B) présentant une bonne affinité pour le PA.<br />L'un des principaux résultats est que l'ajout de faibles fractions d'argile réduit considérablement la taille des nodules. Les mécanismes responsables de cette réduction de taille dépendent de la localisation de l'argile. L'argile localisée à l'interface favorise la formation d'une interphase. Dans ce cas, la réduction de la taille des nodules est attribuée à la suppression de la coalescence (effet stérique inter-nodulaire) combinée à une réduction de la tension interfaciale apparente. L'argile présente dans la matrice engendre une augmentation de la viscosité de cette dernière, favorisant la rupture des nodules. Elle génère aussi un effet barrière à la coalescence, amplifiant la réduction de la taille des nodules. <br />Les propriétés viscoélastiques linéaires sont discutées en relation avec la structure et la morphologie. Le comportement rhéologique des systèmes ternaires à matrice PE est proche de celui du mélange PE/PA tandis que les systèmes à matrice PA suffisamment chargés ont un comportement comparable à celui d'un nanocomposite PA/C30B.<br />Pour de faibles taux de charge, nous avons aussi montré que l'utilisation d'un mélange maître lors de l'élaboration améliore le niveau d'intercalation et le degré d'exfoliation de l'argile, et modifie les différents mécanismes responsables de la réduction en taille des nodules.