Propriétés interfaciales des virus, concept de particules molles multicouches, corrélation avec les capacités d'agrégation Hors de leur cellule hôte, les virus se comportent comme des particules biologiques inertes dont le comportement est principalement guidé par les propriétés physico-chimiques dites de surface, en particulier la charge et la balance hydrophile/hydrophobe. A l'heure actuelle, il est impossible de prédire le comportement de virus en arguant uniquement de leur charge de surface. Très récemment, des auteurs proposent que les virus devraient plutôt être assimilés à des particules molles perméables et fortement hétérogènes (Biophysical Journal 94, 2008, 3293) et non de simples sphères dures. L'objectif de ce travail est de caractériser les propriétés interfaciales des bactériophages selon le concept de particules molles multicouches afin de pouvoir les classer/hiérarchiser selon leur réactivité en terme de capacités d'adhésion sur des surfaces abiotiques ou leur agrégation. Les phages ARN F-spécifiques tout comme les virus entériques pathogènes sont constitués d'une capside protéique à l'intérieur de laquelle se trouve un génome à ARN. Dans un premier temps, il a été démontré que les éléments situés à l'intérieur de la capside ont une influence majeure sur les propriétés physico-chimiques en particulier électrocinétiques. En effet, nous avons comparé pour la première fois les propriétés électrohydrodynamiques de phages MS2 avec celles de Virus Like Particles correspondantes (VLPs, particules virales dépourvues de génome) dans différentes conditions de pH et de force ionique. Selon des principes précédemment établis et basés sur un formalisme pour l'électrophorèse de particules molles multicouches, on démontre entre autre que les phages complets portent une charge volumique plus importante que les VLPs. Les profils d'agrégation pour chaque type de particules sont différents avec une survenue de l'agrégation uniquement au point isoélectrique et à faible force ionique pour les VLPs, montrant ainsi l'impact du génome sur les propriétés de stabilité de suspensions virales. Nous avons ensuite caractérisé l'influence de la méthode de purification sur les différences observées de propriétés électrocinétiques et d'agrégation. La confrontation de trois méthodes distinctes révèle que les purifications par dialyse et par gradient de chlorure de césium maintiennent les différences de comportement entre les deux types de particules tandis que la précipitation au polyéthylène glycol atténue ces différences pour ce qui est des caractéristiques électrocinétiques mais les différences persistent au niveau du comportement d'agrégation. Dans une seconde partie nous avons d'une part étudié les propriétés interfaciales de différents virus ARN F-spécifiques (MS2, GA et Qbêta) à structures similaires. Au moyen du concept de particules molles multicouches, nous avons montré que les trois phages présentent une charge électrostatique similaire et leur degré d'hydrophobicité respectif est établi selon la séquence MS2 < Qbêta < GA, GA étant le plus hydrophobe. Ces propriétés ont ensuite été corrélées aux capacités d'adhésion sur des supports industriels (verre, inox, polypropylène) dont les propriétés de surface ont été caractérisées par AFM. L'étude met en évidence l'impact de la rugosité et de l'hydrophobicité des surfaces de dépôt qui tendent à augmenter l'adhésion virale. Des virus à structures multicouches différentes (Phi X 174, PRD1, MS2) ont également fait l'objet d'investigation en termes de propriétés électrocinétiques, d'agrégation et d'adhésion. Les résultats montrent la séquence suivante concernant la charge électrostatique Phi X 174 < PRD1 < MS2 (MS2 étant le plus chargé négativement). Par ailleurs, une corrélation positive entre ces propriétés et les capacités d'adhésion des phages sur des surfaces chargées et des supports strictement hydrophiles ou hydrophobes a été établie. / The aim of this work is to characterize the interfacial properties of phages using the soft multilayer particles concept in order to interrelate appropriately their reactivity and their physico-chemical features. It was demonstrated that the RNA inside the capsid do have a major impact on the physico-chemical properties of the virus, in particular its electrophoretic mobility. We further compared electrohydrodynamic features of MS2 phage with those of the corresponding VLPs (virus particles without RNA). In line with theoretical predictions based on the soft particles concept, it is shown that MS2 are more negative than VLPs. The aggregation profiles of both particles significantly differ demonstrating the major influence of the genome on stability of viral suspensions. We then analyzed the influence of the virus purification method on the observed differences in terms of stability and electrohydrodynamics. We also studied the interfacial properties of phages exhibiting similar structures. It appeared that the phages display similar electrostatic charge while their hydrophobicity degree follows the sequence MS2<Qbeta<GA. These properties were then correlated to adhesion capacities onto industrial substrates whose surface characteristics were addressed by AFM. The results highlight the impact of roughness and hydrophobicity of the deposition surfaces which tend to increase viral adhesion. Viruses with different soft multilayered structures were then investigated with as result the following sequence for the electrostatic charge: Phi X 174<PRD1<MS2. A positive correlation between these properties and adhesion capacities onto charged surfaces and onto hydrophilic or hydrophobic materials has further been established

The future of fuels will most probably be a mixture of different fuels, called drop-in fuels. It is already known that these drop-in fuels will lead to solubility issues, with creation of deposit on crucial fuel system parts, due to the formation of soft particles. The fuel system of the future should be robust against any type of soft particles. Today, there is no scaled up test fluid existing for testing full scale fuel systems. The objective of this thesis was to develop a scaled up test fluid which is a key element to the development of a test method to enhance the fuel system robustness against soft particles. A test fluid was achieved by a concentrate of calcium soap diluted two thousand times to reach a volume of 1000 litres with a concentration of 1,4 ppm. The concentration was measured by gas chromatography mass spectroscopy method following a derivatisation as sample preparation. The formation of the concentrate was established by changing the type of fuel, the level of aging, the amount of calcium and other counterions and eventually by addition of third elements. The concentrate was made of aged B100, calcium oxide powder and water. The test fluid was made by diluting the concentrate with fresh B7 and a protocol to characterise the stability of this test fluid was developed. This test fluid was tested under real condition in a filter rig giving homogeneous concentration all along the experiment, which confirmed the stability of the test fluid.

Bilindustrin är en av de största bidragsgivarna till koldioxidutsläpp genom fordonsutsläppnär de används. För att göra transportsektorn mer hållbar EU-politik dikterar att inkludera enhögre andel förnybara energikällor i den totala energiförbrukningen och ett sätt att uppnå det äratt införliva biobränslen i de traditionella fossila bränslena. Detta skulle minskakoldioxidavtrycket som genereras av bilindustrin på ett ekonomiskt sätt utan att göra storatekniska modifieringar i befintliga motorer. Scania AB har optimerat sitt bränslesystem för attuppfylla 10% blandning av biodiesel i normalt dieselbränsle.Scania AB är en lastbiltillverkare i Sverige med deras forsknings- och utvecklingscenterbeläget i Södertälje. De söker en lösning för att effektivisera sina bränslefilter i lastbilsmotorerför att filtrera bort mjuka partiklar som genereras på grund av nedbrytning av biobränsle. Syftetmed detta projekt kan delas upp i två huvudfaser; den första fasen är att utveckla en metod för attsimulera bränsleåldring och nedbrytning av biodiesel vilket leder till bildning av mjuka partiklarvid laboratorieförhållanden. Den senare fasen skulle vara att använda resultat från den förstafasen för att generera ett håravbrutet bränsle som därefter skulle användas för testning i enfullständig filtreringsrigg för att bedöma effektiviteten hos Scania-bränslefilter. Dessa testerskulle ge en inblick i befintliga filterprestanda beträffande nedbrutet bränsle och därmed kundebättre filter utformas för att effektivt hantera mjuka partiklar.I detta avhandlingsprojekt diskuteras olika iterationer och metoder för bildning av mjukapartiklar. Ett viktigt antagande baserat på verkliga deponeringsformationer från lastbilar överhela världen är att kalcium är en av de viktigaste orsakerna till bildning av mjuka partiklar.Resultat och bevis från tidigare avhandlingsprojekt har använts, modifierats och utvidgats i dettaprojekt. Nya metoder har utvecklats baserat på empiriska bevis från experimenten somgenomfördes under detta projekt som skulle förbättras ytterligare när Scania fortskrider meddetta projekt. Ett huvudkrav för ett håligt nedbrutet bränsle var att göra det stabilt när det gällersuspension av mjuka partiklar i biodieseln utan användning av konstant omröring för att simuleraförhållandena för bränsletanken i en lastbil.Resultaten som presenteras i detta avhandlingsprojekt är den optimerade metoden förframgångsrikt att producera mjuka partiklar och en arbetsmetod för att förberedatestbränslekoncentrat. Analys har utförts på testbränslekoncentrat i detta projekt för attkontrollera testfluidens livskraft för att utföra experiment på filtreringsrigg. Det har konstateratsatt tiofaldigt utspädningstestbränsle är det mest lovande provbränsleprovet som kan framställasmed de givna villkoren och tidsbegränsningarna. / The automobile industry is one of the largest contributors to carbon emissions through vehicularemissions when in use. To make the transport sector more sustainable EU policies dictate toinclude a higher share of renewables in total energy consumption and one way to achieve that isto incorporate biofuels in the traditional fossil fuels. This would reduce carbon footprintgenerated by the automobile industry in an economical manner without making majortechnological modifications in existing engines. Scania AB has optimized their truck fuel systemto comply with the 10% blend of biodiesel in normal diesel fuel.Scania AB is a truck manufacturer in Sweden, with their research and development centresituated in Södertälje. They seek a solution to make their fuel filters in truck engines efficient tofilter out soft particles generated due to biofuel degradation. The aim of this project can bedivided in two major phases; the first phase is to develop a method to simulate fuel ageing anddegradation of biodiesel leading to formation of soft particles at laboratory conditions. The laterphase would be to use results from the first phase to generate a mock degraded fuel that would besubsequently used for testing in a full size filtration rig to assess the efficacy of Scania fuelfilters. These tests would give an insight about existing filters performance regarding degradedfuel and thus better filters could be designed to efficiently handle soft particles.In this thesis project, different iterations and methods of formation of soft particles arediscussed. An important assumption based on real deposit formations from trucks across theworld is that calcium is one of major causes of soft particles formation. Results and evidencefrom previous thesis projects have been used, modified and extended in this project. Newmethods have been developed based on empirical evidence from the experiments conductedduring this project which would be further improved as Scania progresses with this project. Amajor requirement for a mock degraded fuel was to make it stable in terms of suspension of softparticles in the biodiesel without a use of constant agitation in order to simulate the conditions ofthe fuel tank in a truck.The results presented in this thesis project are the optimized method to successfullyproduce soft particles and a working method to prepare test fuel concentrate. Analysis has beenperformed on test fuel concentrate in this project to check for viability of test fluid forconducting experiments on filtration rig. It has been concluded that 10 folds dilution test fuel isthe most promising test fuel sample that can be prepared with the given conditions and timerestrictions

Les purées de fruits et légumes sont considérées dans ce travail comme des suspensions concentrées de particules végétales déformables suspendues dans une phase aqueuse non-Newtonienne, riche en sucre et en pectines solubles. Par une approche de type sciences des matériaux, ce travail a pour but de mieux comprendre et modéliser les relations structure-propriétés de ces systèmes à base de végétaux transformés.Pour limiter les facteurs de variabilité liés à la variété, la maturité ou au procédé de transformation des fruits, un lot unique de purée de pommes Golden Delicious a été utilisé pour l’intégralité de ce travail.L’utilisation de traitements mécaniques variables a permis de mettre en avant l’importance des paramètres de structures sur les propriétés rhéologiques des suspensions de particules végétales et de confirmer l’impact de premier ordre de la concentration en particules sur les propriétés rhéologiques. Trois domaines de concentration ont été mis en évidence et modélisés, permettant ainsi de proposer une définition de la fraction volumique pour ces particules végétales molles et très déformables, la fraction volumique des suspensions de particules végétales ne faisant pas encore consensus en littérature. La définition proposée dans ce travail permet, à phase continue équivalente, d’obtenir une courbe maitresse regroupant les différentes distributions de taille de particules sur toutes les gammes de concentration étudiées.Afin de mieux appréhender l’impact de la phase continue sur le comportement rhéologique des suspensions de particules végétales, des particules modèles ont été mises au point à partir du lot de purée réelle et suspendues dans cinq phases aqueuses modèles variant en viscosité, en composition et en force ionique. Les résultats de cette étude permettent de conclure que les propriétés élastiques des suspensions concentrées sont essentiellement gouvernées par les interactions entre les particules, la phase continue ayant un impact négligeable. Le rôle lubrifiant de la phase continue en domaine concentré a pu être mis en évidence par les mesures de seuil d’écoulement et par les mesures de viscosité.Une approche originale combinant particules modèles, microscopie confocale et reconstitution 3D a permis d’accéder aux modifications morphologiques subies par les particules en milieu très concentré, donnant ainsi accès aux ordres de grandeurs de diminution de volume subie par les particules lors de l’encombrement du système.Ce travail a également permis d’aboutir à la proposition d’une loi d’écoulement permettant de modéliser la dépendance de la viscosité à la fraction volumique occupée par les particules végétales, sur une large gamme de concentration. Ce modèle représente une avancée certaine dans la compréhension de ces systèmes, aucun modèle comparable n’avait encore été proposé dans la littérature sur ce type de particules. / In this work, fruit and vegetable purees are considered as concentrated suspensions of soft, deformable plant particles, suspended in a non-Newtonian aqueous phase, containing sugar and soluble pectins. Using a materials science approach, this work aims in better understanding and modelling the structure/properties relationships of plant based processed systems.A single batch of Golden Delicious apple puree was used in this work to avoid variability related to variety, maturity or processing method.Mechanical treatments were used to highlight the impact of structural parameters on the rheological behaviour of plant particles suspensions. It confirms the first order impact of particle concentration on rheological properties. Three concentration domains have been identified and modelled, allowing to provide a definition of the volume fraction for these soft and highly deformable plant particles. The volume fraction of plant particle suspensions is not forming consensus yet in literature. The definition proposed in this work allows to built a master curve bringing together the different particle size distributions, all over the concentrations studied.To understand the impact of the continuous phase on the rheological behaviour of plant particle suspensions, model particles have been developed from the original batch of apple puree. Model particles were suspended in five controlled aqueous phases varying in viscosity, composition, and ionic strength. This study shows that elastic properties of concentrated suspensions are essentially governed by the interactions between the particles, continuous phase having a negligible impact. The lubricating role of the continuous phase in the concentrated domain has been highlighted by yield stress and viscosity measurements.An original approach combining model particles, confocal microscopy and 3D reconstruction gives us access to morphological changes experienced by particles in very concentrated medium. The volume decrease experienced by the particles was evaluated. In this work, a model describing the dependence of the viscosity to the volume fraction of soft plant particles was proposed. This model represents a clear progress in the understanding of these systems. No comparable model has ever been proposed in the literature to describe this kind of plant particles.

The thesis is concerned with modern game engines, focusing on physical simulation and particle systems. It offers usable architectures overview for a game engine development. The thesis provides characteristic to the most essential game engine's logical modules as scene graph, resource management or rendering. Today's tools used for physical simulation in games are also described. Main part of the thesis concentrates on design and implementation of its own C3D game engine which exploits capabilities of the NVIDIA PhysX physical engine. The thesis includes modern techniques rising from author's gained experience.

Kommersiella tunga transporter står för en stor del av utsläppen av växthusgaser. För att minska det globala fotavtrycket hos kommersiella fordon är det vanligt att använda biodrivmedel som ”drop in” bränslen. De avancerade motorer som för närvarande finns på marknaden är känsliga för olösliga föroreningarna, vilka benämns ”mjuka partiklar” av Scania. Dessa partiklar bildas som ett resultat av att biodieseln åldras, p.g.a. oxidationsinstabilitet, och en växelverkan med metalltillsatser i bränslet. Mjuka partiklar orsakar interna dieselinjektoravlagringar (IDID) och ett snabbt åldrande av bränslefilters genom igensättning. Avsikten med denna studie var att analysera det sistnämnda problemet genom att undersöka bränslefiltrets filtreringseffektivitet av oönskade mjuka partiklar. Ett protokoll över utförandet av feltreringstesterna utvecklades och skalades upp från en småskalig filterrestrigg vid KTH (Fas 1) till en fullskalig filtertestrigg på Scania (fas 2). Den experimentella uppställningen var ett försök att reproducera fältscenarier för filtrering i verkliga lastbilar. Tyngdpunkten i fas 1 riktades mot accelererade tester i den småskaliga testriggen med höga koncentrationer av tvålmjuka partiklar av zinkneodekanoat och syntetiskt producerade mjuka kalciumpartiklar. Separationseffektiviteten hos bränslefilter undersöktes med hjälp av GC-MS-analys. ICP mätningar gjordes för att upptäcka Zn2+ och Ca2+-joner i tvålämnena. Dessa tvålämnen identifierades tidigare på igensatta bränslefiltren och värden från dessa konventionella bränslefilter jämfördes med resultat från en absorptionsfiltreringsprocess med hjälp av ler(silikat)filter. Syftet med jämförelsen var att studera en alternativ bränslefiltreringsteknik för fordonstillämpningar. Mätningar med SEM-EDS gav rimliga förklaringar angående effektivitetsvärden för Zn-och Ca-tvålämnen för olika filtren, som används i försöken. Adsorptionsfiltret av lera hade 99 % filtreringseffektivitet och är en intressant lösning för framtida studier. Fas 2 fokuserade på en uppskalning av försöksprotokoll för filtreringstester med biobränslen och inkluderade sex olika riggförsök. Resultaten visade på tillförlitliga och exakta värden av tryckvariationer och filtereffektiviteten med en maximal effektivitet på 63,3 % för huvudfiltret och 75 % för förfiltret, som ett resultat av GC-MS-analysen. De uppmätta tryckvariationerna visar att förfiltret fångar in en majoritet (över 70 %) av de mjuka partiklarna, vilket resulterar i en ökning av tryckfallet över tiden. Med hänsyn till resultaten så rekommenderas försöksförfarandet för fortsatta framtida studier. / Commercial heavy duty transportation accounts for a major share of greenhouse gas emissions. In order to reduce the global footprint, commercial vehicles are widely known to use biodiesel as drop in fuels. The advanced engines, currently on the market, are sensitive to the insoluble contaminants, termed as soft particles in Scania. They are formed because of aging of biodiesel and the interaction with metal additives in the fuel. This is a common problem associated with the fuel due to high oxidation instability. Soft particles are responsible for causing Internal Diesel Injector Deposits (IDIDs) and premature fuel filter clogging. This report deals with the analysis of the latter problem. The purpose of the project is to investigate the fuel filter efficiencies against desired soft particles. A protocol of experiments was developed and scaled up from a small-scale filter rig at KTH (Phase 1) to a full-scale filter test rig at Scania (Phase 2) at ambient temperatures. The experimental campaign in this project is an attempt to replicate on field scenarios of filtration in real trucks. In Phase 1, the emphasis of the accelerated tests (higher concentrations) was on using soap soft particles, zinc neodecanoate and synthetically produced calcium soft particles for the small-scale filter rig. Separation efficiencies of fuel filters were examined using GC-MS analysis. Whereas ICP measurements were done to detect Zn2+ and Ca2+ ion in these soaps. These soaps were successfully identified to be present on the clogged fuel filters. Values from conventional fuel filters were compared with results from absorption filtration process using clay (silicate) filters. The purpose of the comparison was to study an alternate fuel filtration technique for vehicle application. Furthermore, SEM-EDS provided reasonable explanations about the efficiency values of the filters against Zn and Ca soaps used in the operation. The adsorption clay filter as had 99% of filtration efficiency proving an interesting solution for future investigations. Phase 2 started with an initiation of the scaling up or the protocol for test fuels, including six different rig operations. The maximum efficiencies of the filters (63.3% for main filters and 75% for pre filters) were noted as a result of quantification of the GC-MS results of the samples obtained from the rig. The pressure variations recorded proved, that the pre filters were trapping majority (over 70%) of the soft particles showing a rise in pressure drops over time. According to the results, the full-scale filter rig gave reliable and accurate values of pressure variations and filter efficiencies. Thus, it is suggested to use in the future investigations.

Dans les milieux naturels, la matière solide est essentiellement présente sous la forme de (bio)particules molles perméables aux ions et aux flux hydriques. Ces particules sont sans cesse soumises à des perturbations électriques/mécaniques, de telle sorte que les propriétés physico-chimiques des (bio)interphases qu'elles forment avec le milieu évoluent continûment dans le temps. Les (bio)interphases ne sont donc pas nécessairement à l'équilibre durant les processus interfaciaux (interactions électrostatiques, complexation de métaux). Dans ce contexte, nous avons évalué théoriquement l'énergie d'interaction électrostatique à l'équilibre entre (bio)particules molles multicouches de tailles et de densités de charge arbitraires. Puis nous avons déterminé l'impact de la dynamique hors-équilibre des propriétés électriques de (bio)films mous ligands sur leur capacité à former des complexes avec des métaux. Le dernier modèle théorique élaboré a pour objectif l'analyse de la dynamique de (bio)interphases multicouches hétérogènes en régimes d'équilibre et hors-équilibre. Enfin nous avons analysé à l'équilibre, en alliant l'AFM et l'électrophorèse, les propriétés mécaniques et électriques de bactéries E. coli exprimant spécifiquement (ou non) des structures de surface différentes. Toutes ces études ont montré la nécessité de prendre en compte pour l'analyse de la réactivité de (bio)particules dans leur milieu environnant (i) une représentation fidèle des (bio)particules (mollesse mécanique et hydrodynamique, hétérogénéité spatiale de la structure molle) et (ii) l'impact de la dynamique spatio-temporelle des (bio)interphases sur les processus gouvernant leur réactivité / In natural media, the solid matter is mainly present as soft (bio)particles (bacteria, viruses, humic acids) which are permeable toward ions and hydric fluxes. These (bio)particles are unceasingly exposed to electrical/mechanical perturbations, so that the physicochemical properties of (bio)interphases, developed by (bio)particles with the medium, evolve continuously. (Bio)interphases are thus not necessarily at equilibrium during interfacial processes e.g. electrostatic interactions, complexation with metallic contaminants. Under such a context, we evaluated theoretically at equilibrium the electrostatic interaction energy between soft multilayered (bio)particles with arbitrary sizes and charge densities. We then determined the impact of non- equilibrium electric properties of soft ligand polymeric (bio)films on their ability to form complexes with metals. The aim of the last theoretical model developed here is to analyze the dynamics of multilayered heterogeneous (bio)interphases in both equilibrium and non-equilibrium regimes. Finally we analyzed at equilibrium, by coupling AFM and microelectrophoresis measurements, mechanical and electrical properties of bacterial strains Escherichia coli that specifically express (or not) different surface structures (pili, fimbriae, adhesin Ag43). All these studies highlighted the necessity to integrate for the analysis of (bio)particles reactivity with their surrounding medium (i) a close representation of soft (bio)particles (mechanical and hydrodynamic softness, spatial heterogeneity of the soft material) and (ii) the impact of spatiotemporal dynamics of (bio)interphases on the processes governing their reactivity