Ce travail décrit le développement d’un outil de simulation du transport réactif, nommé SpeCTr (Spéciation Cinétique Transport), intégrant le fractionnement isotopique. Ce modèle est obtenu à travers le couplage d’un module décrivant le transport et d’un module décrivant les principales réactions chimiques (approche de séparation d’opérateur). Une grande partie du travail est dédiée à l’amélioration des algorithmes du module décrivant les réactions chimiques pour la résolution des équations de l’équilibre thermodynamique (méthode de Newton Raphson modifiée à travers les techniques du scaling et des Fractions Continues Positives) et du mélange de réactions cinétiques et à l’équilibre (étude sur la formulation et résolution des systèmes d’équations différentielles et différentielles-algébriques). L’outil est validé à travers la résolution de plusieurs tests (batch et transport réactif) et appliqué pour la simulation d’expériences de laboratoire en 1D, 2D et 3D portant sur la dissolution des cristaux de calcite dans une colonne de milieu poreux / The work describes the development of a reactive transport code named SpeCTr (Spéciation Cinétique Transport in French). The code, able to describe isotopic fractionation, is obtained through the coupling of a transport module and a reaction module that describes the main chemical reactions (operator splitting approach). A consistent portion of the work is dedicated to the improvement of the numerical methods employed in the reaction module for solving thermodynamic equilibrium (Newton Raphson method modified with scaling and Positive Continuous Fractions) and mixed equilibrium and kinetic reactions (formulation and solution of systems of differential and differential-algebraic equations). The code was verified through the solution of different benchmarks (batch and reactive transport simulations) and applied to perform 1D, 2D and 3D simulations of laboratory experiments dedicated to calcite crystals dissolution in a column of porous medium.

No description available.

Dans ce mémoire, deux problèmes liés aux écoulements multiphasiques compositionnels en milieux poreux ont été traités. La première partie est consacrée au développement d'une nouvelle approche alternative aux calculs flash, qui permet de résoudre les équations d'équilibre thermodynamique analytiquement. Cette méthode est basée sur des équations d'état (EOS) dissymétriques, ainsi, les comportements du gaz, du liquide et du fluide diphasique sont décrits par des EOS individuelles simples. La Capacité d'une EOS à capturer l'état diphasique est appelé : conditions de consistance. Ces conditions ont été formulées dans cette partie pour les systèmes multi-composants. La deuxième partie est consacrée au développement de la méthode de saturations négatives qui a été proposé précédemment par notre groupe pour le cas d'un mélange diphasique binaire. Tout d'abord, nous avons présenté la théorie analytique de la méthode pour les mélanges idéaux puis sa généralisation pour des mélanges réels avec un nombre arbitraire de composants chimiques et de phases. Nous avons obtenu les nouvelles équations multiphasiques uniformes qui contiennent des termes supplémentaires responsables de la diffusion et de la gravité à travers les interfaces de transition de phase / In this thesis, two problems related to compositional multiphase flow in porous media have been treated. The first part is devoted to develop a new approach which gives a form of equilibrium equations which can be solved analytically even for multi-component non ideal systems and even in the presence of capillary effects, which reduce significantly computational time. In this approach, separate behaviors of gas, liquid and two phase fluid may be described using very simple equations of state (EOS). Capacity of EOS?s to capture two phase state is called: consistency conditions. These conditions are formulated in this part for multi-components systems. The second part is devoted to develop the negative saturations method which was proposed earlier by our group for the case of two-phase binary mixtures. First, we have developed the mathematical theory of the method for ideal mixtures in 1D case. Next, we have generalized the method for the case of any number of phases and chemical components. We have obtained the new equivalent uniform multi-phase equations which contain additional non-classical terms responsible of diffusion and gravity across the interfaces of phase transition

L'objectif de cette thèse est de développer un nouveau code pour prédire l'équilibre final d'un processus chimique complexe impliquant beaucoup de produits, plusieurs phases et plusieurs processus chimiques. Des méthodes numériques ont été développées au cours des dernières décennies pour prédire les équilibres chimiques finaux en utilisant le principe de minimisation de l'enthalpie libre du système. La plupart des méthodes utilisent la méthode des « multiplicateurs de Lagrange » et résolvent les équations en employant une approximation du problème de Lagrange et en utilisant un algorithme de convergence pas à pas de type Newton-Raphson. Les équations mathématiques correspondantes restent cependant fortement non linéaires, de sorte que la résolution, notamment de systèmes multiphasiques, peut être très aléatoire. Une méthode alternative de recherche du minimum de l’énergie de Gibbs (MCGE) est développée dans ce travail, basée sur une technique de Monte-Carlo associée à une technique de Pivot de Gauss pour sélectionner des vecteurs composition satisfaisant la conservation des atomes. L'enthalpie libre est calculée pour chaque vecteur et le minimum est recherché de manière très simple. Cette méthode ne présente a priori pas de limite d’application (y compris pour las mélanges multiphasiques) et l’équation permettant de calculer l’énergie de Gibbs n’a pas à être discrétisée. Il est en outre montré que la précision des prédictions dépend assez significativement des valeurs thermodynamiques d’entrée telles l'énergie de formation des produits et les paramètres d'interaction moléculaire. La valeur absolue de ces paramètres n'a pas autant d’importance que la précision de leur évolution en fonction des paramètres du process (pression, température, ...). Ainsi, une méthode d'estimation cohérente est requise. Pour cela, la théorie de la « contribution de groupe » est utilisée (ceux de UNIFAC) et a été étendue en dehors du domaine d'interaction moléculaire traditionnel, par exemple pour prédire l'énergie de formation d’enthalpie libre, la chaleur spécifique... Enfin, l'influence du choix de la liste finale des produits est discutée. On montre que la prédictibilité dépend du choix initial de la liste de produits et notamment de son exhaustivité. Une technique basée sur le travail de Brignole et Gani est proposée pour engendrer automatiquement la liste des produits stable possibles. Ces techniques ont été programmées dans un nouveau code : CIRCE. Les travaux de Brignole et de Gani sont mis en œuvre sur la base de la composition atomique des réactifs pour prédire toutes les molécules « réalisables ». La théorie de la « contribution du groupe » est mise en œuvre pour le calcul des propriétés de paramètres thermodynamiques. La méthode MCGE est enfin utilisée pour trouver le minimum absolu de la fonction d'enthalpie libre. Le code semble plus polyvalent que les codes traditionnels (CEA, ASPEN, ...) mais il est plus coûteux en termes de temps de calcul. Il peut aussi être plus prédictif. Des exemples de génie des procédés illustrent l'étendue des applications potentielles en génie chimique. / The objective of this work is to develop a new code to predict the final equilibrium of a complex chemical process with many species/reactions and several phases. Numerical methods were developed in the last decades to predict final chemical equilibria using the principle of minimizing the Gibbs free energy of the system. Most of them use the “Lagrange Multipliers” method and solve the resulting system of equations under the form of an approximate step by step convergence technique. Notwithstanding the potential complexity of the thermodynamic formulation of the “Gibbs problem,” the resulting mathematical formulation is always strongly non-linear so that solving multiphase systems may be very tricky and having the difficult to reach the absolute minimum. An alternative resolution method (MCGE) is developed in this work based on a Monte Carlo technique associated to a Gaussian elimination method to map the composition domain while satisfying the atom balance. The Gibbs energy is calculated at each point of the composition domain and the absolute minimum can be deduced very simply. In theory, the technique is not limited, the Gibbs function needs not be discretised and multiphase problem can be handled easily. It is further shown that the accuracy of the predictions depends to a significant extent on the “coherence” of the input thermodynamic data such the formation Gibbs energy of the species and molecular interaction parameters. The absolute value of such parameters does not matter as much as their evolution as function of the process parameters (pressure, temperature, …). So, a self-consistent estimation method is required. To achieve this, the group contribution theory is used (UNIFAC descriptors) and extended somewhat outside the traditional molecular interaction domain, for instance to predict the Gibbs energy of formation of the species, the specific heat capacity… Lastly the influence of the choice of the final list of products is discussed. It is shown that the relevancy of the prediction depends to a large extent on this initial choice. A first technique is proposed, based on Brignole and Gani‘s work, to avoid omitting species and another one to select, in this list, the products likely to appear given the process conditions. These techniques were programmed in a new code name CIRCE. Brignole and Gani-‘s method is implemented on the basis of the atomic composition of the reactants to predict all “realisable” molecules. The extended group contribution theory is implemented to calculate the thermodynamic parameters. The MCGE method is used to find the absolute minimum of the Gibbs energy function. The code seems to be more versatile than the traditional ones (CEA, ASPEN…) but more expensive in calculation costs. It can also be more predictive. Examples are shown illustrating the breadth of potential applications in chemical engineering.

[pt] Esta tese tem como objetivo estudar a viabilidade termodinâmica da reação de acetona a partir de etanol e água realizando cálculos utilizando o programa Thermo-Calc e a base de dados SSUB3 para equilíbrios de gases metaestáveis. Para a validação do método utilizado inicialmente foi calculado o equilíbrio para a reação da metanação de CO2 com H2, esse cálculo ocorreu sem grandes problemas e ainda foi adicionado o estudo da atividade química do carbono para evitar deposição de carbono sólido nos catalisadores. Para os cálculos da acetona foi considerado um equilíbrio metaestável pois ele não foi calculado utilizando todas as espécies químicas possíveis, isso foi feito para simular o efeito de catalisadores, que inibem a formação de algumas dessas espécies, já que se o cálculo fosse feito sem levar isso em conta se notou que a reação que ocorre é a de reforma do etanol pela água. A conversão de etanol e a seletividade das espécies químicas presentes em maior quantidade foram determinadas em função da temperatura e da razão de etanol e água, e os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais obtidos com catalisadores diversos. / [en] The mean goal of this thesis is to study the thermodynamic viability of the acetone formation reaction from ethanol and water by performing calculations using the program Thermo-Calc and the SSUB3 database for metastable gas equilibrium. As a validation of the method used the equilibrium was calculated for the methanation reaction of CO2 with H2. This calculation occurred without problems so the study of the chemical activity of the carbon was also added to avoid the deposition of solid carbon on the catalysts. For the acetone calculation, it was considered a metastable equilibrium because it was not possible to calculate using all possible chemical species. This was done to simulate the effects of catalysts, which inhibit the formation of some of these species. If the calculation was made with all chemical species, it was noted that the net reaction is the reform of ethanol by water.The conversion of ethanol and the selectivity of the chemical species present in greater quantities were determined as a function of temperature and ethanol and water ratio, and the results obtained were compared with experimental data obtained with different catalysts.

Ce travail fait une tentative pour expliquer les oscillations induites thermiquement auto-entretenue d'un système à deux phases constitué d'un liquide-vapeur confinée ménisque isolé (un bouchon de liquide unique attenant à une bulle de vapeur) à l'intérieur d'un tube capillaire circulaire, la longueur du tube être exposé à un gradient de température net, créant ainsi un cycle continu de l'évaporation et la condensation. Ce système représente la simple « unité-cellule" version d'un caloduc oscillant (PHP). La compréhension fondamentale de son comportement de transport menant à oscillations auto-soutenue est essentielle pour la construction des modèles mathématiques jusque-là inexistants du système PHP complet. Tout d'abord, la visualisation des oscillations de l'unité de cellules a été effectuée dans des conditions aux limites thermiques contrôlées. Ici, une compréhension nouvelle et unique de la dynamique du système a été atteint par une synchronisation en temps réel de la mesure de pression interne avec la vidéographie haute vitesse qui a été utilisé pour visualiser et enregistrer les oscillations du ménisque et le mince film de liquide qui est mis sur le mur lorsque le ménisque quitte l'évaporateur. Un modèle numérique a été développé pour le système constitué par un bouchon de vapeur et un bouchon de liquide oscillant dans un tube fermé à une extrémité et relié à un réservoir à une pression constante à l'autre extrémité. Le principe de modélisation avait été posé lors de travaux antérieurs. Quelques modifications ont été jamais moins introduites dans ce travail pour prendre en compte les particularités de la nouvelle expérimental et pour améliorer le liquide modèle film de l'évaporation à la lumière des résultats expérimentaux. Une étude paramétrique a également été réalisée pour comprendre les implications des différents facteurs sur le fonctionnement d'un tel système. / This work makes an attempt to explain the self-sustained thermally-induced oscillations of a two-phase system consisting of an isolated confined liquid–vapour meniscus (a single liquid plug adjoining a vapour bubble) inside a circular capillary tube, the tube length being exposed to a net temperature gradient, thereby creating a continuous cycle of evaporation and condensation. This system represents the simplest ‘unit-cell’ version of a Pulsating Heat Pipe (PHP). The fundamental understanding of its transport behavior leading to self-sustained oscillations is vital for building the hitherto non-existent mathematical models of the complete PHP system. First, visualization of the oscillations of the unit-cell has been done under controlled thermal boundary conditions. Here, a unique and novel understanding of the system dynamics has been achieved by real-time synchronization of the internal pressure measurement with high-speed videography that was used to visualize and record the meniscus oscillations and the thin liquid film that is laid on the wall when the meniscus leaves the evaporator. A numerical model was developed for the system consisting of a vapour plug and a liquid slug oscillating in a tube closed at one end and connected to a reservoir at a constant pressure at the other end. The modeling principle had been posed in previous work. Some modifications were never the less introduced in this work to take into account the peculiarities of the new experimental set-up and to improve the liquid film evaporation model in the light of the experimental results. Also a parametric study was carried out to understand the implications of the various factors on the working of such system.

Les plasmas induits par laser (PIL) ont depuis leurs apparitions dans les années soixante suscité un très grand intérêt notamment comme source de données spectroscopiques. Ils ont également acquis des nombreuses applications, comme sources des rayons X pour la lithographie, l’allumage plasma, la déposition par laser pulsé, ou sont devenues la base d’une technique d’analyse très populaire – la LIBS (laser induced breakdown spectroscopy). Cette dernière peut s’appliquer in situe à tout type d’échantillon et sans préparation. Toutefois, les mesures faites par cette méthode sont latéralement intégrées nécessitant des techniques d’inversion, mais dépendent également des conditions d’équilibre thermodynamiques local (ETL) dans le plasma. Afin de valider les mesures effectuées par LIBS, la diffusion Thomson qui est une méthode spatialement résolue et indépendante des hypothèses d’équilibre thermodynamique a été appliquée pour caractériser les PIL. Des plasmas d’ablation et de claquage ont donc été caractérisés à la fois par spectroscopie d’émission et par diffusion Thomson. La comparaison des paramètres température et densité électronique obtenues par les deux méthodes d’une part, et le critère de McWhirter ainsi que les temps de relaxation et les longueurs de diffusions des espèces contenues dans le plasma d’autre part, ont permis de statuer sur l’ETL. / Laser induced plasma (LIP) which was first reported in the beginning of sixties, has achieved a great interest as a source of spectroscopic data. It has also many applications like X-ray sources for lithography, plasma igniters, pulsed laser deposition or it has become a basis of a very popular analytical technique – LIBS (laser induced breakdown spectroscopy). The latter is mainly due to its applicability to different kinds of samples, no sample preparation or in-situ and remote sensing capability. However, LIBS measurements are laterally integrated and Abel inversion must be performed. Also the method assumes the plasma to be in local thermodynamic equilibrium (LTE). In order to validate LIBS measurements, Thomson scattering (TS) method which is spatially resolved and free from equilibrium assumption was applied. Thus, ablation and breakdown plasmas were characterized by both two methods. Comparison between plasma parameters (temperature and electron density) obtained by the two methods and McWhirter criterion as well as relaxation times and diffusion lengths of species in the plasma allowed to estimate LTE.

År 2020 listade Världshälsoorganisationen (WHO) cancer som den globalt ledande dödsorsaken med över 10 miljoner dödsfall årligen. Av dessa 10 miljoner fall förekommer nästan 70% i låg- till medelinkomstländer - en siffra som på grund av den låga prioriteringen av cancerbehandling- och diagnostik förväntas öka till 85% redan år 2030. Att utveckla enkla, specifika och prisvärda verktyg för diagnostik kommer därför att bli avgörande för förebyggandet av cancer på en global nivå. För att komma ett steg närmare denna utveckling optimerades och testades i denna studie ett mikrofluidiskt system, utvecklat genom layer-bylayer- metoden, baserat på cellulosa nanofibriller med förmågan att isolera och fånga cirkulerande tumörceller. För att uppnå en termodynamisk jämvikt optimerades systemets hydrodynamiska parametrar optimerades för att uppnå en homogen fördelning med hög densitet av det cellulosa-baserade systemet i det mikrofluidiska chippet. Då jämvikt är grundläggande för att maximera det efterföljande beläggningen av antikroppar, och därmed hur effektivt celler isoleras, modifierades parametrar såsom koncentration, flödeshastighet, inkubationstid med fler tills att önskad effekt uppnåtts. Således koncepttestades systemet genom att fånga celler spetsade i blod och därmed demonstrera att systemet kan användas i syfte att isolera cancerceller från blodprov. Detta öppnar upp för utveckling av liknande diagnostiska verktyg som kan användas för att isolera lågfrekventa celler direkt från blod. / In 2020, the World Health Organization (WHO) listed cancer as the leading cause of death worldwide, reaching a staggering number of 10 million cancer-related deaths annually. Of these 10 million deaths, nearly 70% occurred in low- and middle-income countries; a number that is expected to increase to 85% by 2030 due to the lack of resources as well as low priority of the development of cancer treatment and diagnosis. Hence, the development of a sophisticated, specific and affordable diagnostic tool will be crucial for global cancer prevention and control. In this study, a cellulose nanofibril-based Layer-by-Layer system for immuno-capture of tumour cells in a microfluidic device was optimized and tested for the development of a simple and cost-effective diagnostic tool for use in resource-limited areas. In the pursuit of a thermodynamic equilibrium, the hydrodynamic parameters of the system were optimized to achieve a homogeneous distribution with a high surface density of the cellulose-based system across the microfluidic channels. Since an equilibrated system is essential to maximize the antibody coating, and thereby cell capture efficiency, parameters including but not limited to concentration, flow rate and incubation time were altered until a desired effect had been achieved. Thus, as proof-of-concept, the system was tested by capturing cancer cells spiked into whole blood, thereby demonstrating that the system can be utilized for the purpose of isolating cancer cells from blood samples. This paves the way for the development of similar clinical diagnostic tools for the isolation of rare cells directly from whole blood.

One of the most sustainable pathways of sewage sludge treatment in recent years has been thermal conversion. The benefits of thermal treatment of sewage sludge are the recovery of energy or valuable chemical products, the destruction of harmful organic compounds, the separation of heavy metals from the P-rich coarse ash fraction, and the decreased and sanitized ash volume. The ashes created by these thermal conversion processes of sewage sludge are often rich in P that is mostly present in minerals with low plant-availability such as apatite. Due to the enrichment of P in the created ashes, a variety of post-processing steps have been developed to recover P from sewage sludge ashes. One proven way for the sus-tainable recovery of P from such ashes is thermal post-processing with alkaline salts, e.g., Na2SO4 or K2CO3, which was able to transform less plant-available phosphates in the sewage sludge into more plant-available alkali-bearing phos-phates. Based on these results, one could facilitate creating these phosphates with enhanced plant-availability by providing the chemical potential to form them already during the thermal conversion process of sewage sludge.   This thesis aims to increase the current knowledge about the ash transformation processes of P and to suggest suitable process parameters for the alteration of the phosphate speciation in sewage sludge ashes by co-conversion with alkaline-rich agricultural residues. More specifically, the possibility of incorporating K derived from agricultural residues in phosphate structures derived from sewage sludge was evaluated with respect to the influence of the process temperature, the conver-sion atmosphere, and the fuel mixture. The studied parameters were chosen to generate knowledge relevant for fluidized bed gasification processes, with a spe-cial focus on dual fluidized bed (DFB) gasification systems. The applicability of feldspar bed materials in fluidized bed gasification systems was investigated to enable the substitution of the commonly used olivine, which often contains heavy metals (potentially contaminating recovered ashes), and quartz, which is very reactive towards fuel-derived K and potentially leads to bed material fragmentation and bed agglomeration (Paper I & II). Subsequently, the thermodynamic potential for the alteration of the P-species in sewage sludge ash during co-combustion and co-gasification processes with agricultural residues was investigated (Paper III). Thereafter, an experimental evaluation of the ash transformation chemistry in thermal conversion processes of sewage sludge with different types of alkali-rich agricultural residues in temperatures relevant for flu-idized bed technology was conducted (Paper IV & V). The methodology employed was chosen with respect to the state of technology of the specific investigated process. Paper I & II applied SEM, EDS, XRD, and thermodynamic equilibrium modeling for bed material samples derived from an industrial indirect gasifier. Paper III applied thermodynamic equilibrium calcula-tions to theoretically evaluate ash compositions resulting from co-conversion of sewage sludge and agricultural residues. Paper IV & V employed SEM, EDS, ICP-AES/MS, XRD, and thermochemical modeling on ash samples derived from single pellet lab-scale experiments. The results obtained by analysis of bed material from indirect wood gasification showed the difference in interaction mechanism for K-feldspar and Na-feldspar, most notably the enhanced disintegration of Na-feldspar by K originating from the fuel (Paper I & II). Thermodynamic models employed for fuel mixtures of sewage sludge and agricultural residues showed the thermodynamic preference for the formation of the desired alkali-bearing phosphates (Paper III). Experi-ments conducted with these fuel mixtures (Paper IV & V) supported the theo-retical findings, and the influence of temperature and process conditions could be obtained. However, practical investigations also showed that attainment of the desired ash composition is subject to significant restrictions. Derived from the elaborated results and discussions, it was possible to assess the critical process and fuel parameters for the development of up-scaled gasification processes focusing on the conversion of sewage sludge with the aim of creating improved phosphate formation in the ash. The selection of a suitable bed material in fluidized bed conversion and the transformation mechanisms defining the ash chemistry were found to be of vital importance for future applications. The pur-suit of the predefined aims in reference to P-recovery from sewage sludge has led to a multitude of suggestions for suitable process parameters that must be ad-dressed in future bench- and pilot-scale experimental runs.

Les simulations numériques sont devenues un outil indispensable dans la conception des chambres de coupure des disjoncteurs électriques haute tension. Elles sont utilisées non seulement dans le dimensionnement des différentes pièces, mais elles fournissent également une aide précieuse dans la compréhension des phénomènes intervenant entre les deux électrodes au moment de la coupure. L’arc électrique généré entre ces deux électrodes rassemble de nombreux domaines de la physique plus ou moins complexes. Tous ces phénomènes ne sont pas encore parfaitement compris. Avec l’évolution de la puissance de calcul, ces simulations peuvent prendre en compte de plus en plus de phénomènes. Mais pour des raisons de temps de développement, la question des phénomènes à prendre en compte dans ces simulations se pose. Le but de telles simulations est de déterminer de manière rapide si une configuration est plus ou moins capable qu’une autre de couper sous une contrainte donnée. Ainsi, il est important de prendre en compte uniquement les phénomènes physiques importants et nécessaires pour avoir une réponse la plus décisive possible et la plus rapide possible, de la réussite ou non à la coupure d’une configuration testée. Dans cette thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés aux déséquilibres thermiques et chimiques qui pourraient intervenir dans les disjoncteurs électriques haute tension au moment de la coupure. En effet, pour des raisons de temps et de coût de calcul, la plupart des simulations numériques actuelles sont réalisées en faisant une hypothèse forte : l’hypothèse d’Equilibre Thermodynamique Local (ETL). Cette hypothèse consiste à considérer que dans chaque maille de notre domaine d’étude et à chaque pas de temps, on a un équilibre thermodynamique réalisé. Faire cette hypothèse nous permet d’utiliser les lois de conservation (masse, quantité de mouvement et énergie) en allégeant le problème. Mais en réalité, cette hypothèse est mise à mal dès que l’on est en présence de forts gradients de température ou de densité. Pour réaliser ces simulations, le code numérique CARBUR a été utilisé. Des modules d’arc électrique (effet Joule et rayonnement) et d’électrode mobile ont été implémentés afin de pouvoir simuler au mieux le comportement du gaz présent dans les disjoncteurs électriques haute tension. Six études différentes ont été réalisées et sont présentées. Ces études portent sur les influences de la forme du bout des électrodes, d’une modélisation en Navier-Stokes par rapport à une modélisation en Euler, de la nature du gaz (SF6, CO2 et N2), du déséquilibre thermique dans le cas de l’azote ou encore du positionnement des termes sources de l’arc électrique dans les différentes équations d’évolution des énergies. Dans ce travail, une étude sur différents modèles cinétiques chimiques est proposée. Dans ces modèles, 5 espèces chimiques sont présentes : N2, N, N+, N2+ et e-. En ce qui concerne la température, on en distingue 4 : T, TVib-N2, TVib-N2+ et Te. / The numerical simulations are become a very important tool to design the high voltage circuit breaker (HVCB) chamber. They help for the understanding of the different phenomena which can take place between the 2 electrodes during an interruption process. The electric arc brings together many fields of physics more or less complex and many of these phenomena are still poorly studied. So many aspects remain to be explored to improve simulations. With the increase of the calculation power, these numerical simulations can take into account more phenomena. However, for reasonable simulation times, we need to know which phenomena are preponderant. The aim of these numerical simulations is to rapidly conclude on the capacity of geometry to success an interruption process compared to different other geometries, under a given stress. In this PhD dissertation, we are particularly interested on thermal and chemical non equilibrium that can occur in HVCB during an interruption process. Currently, most simulations are carried out with a strong hypothesis: the hypothesis of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE). This assumption allows us to alleviate the problem and to reduce the computing time. But this assumption becomes not valid when high temperature or density gradients occur. To do these simulations, the CARBUR numerical code has been used. In order to simulate flow behaviors in HVCB, an electrical arc (Joule effect and radiation) model and a module of mobile electrode have been added. Six different studies have been done and are presented: influence of the electrode shape, influence of the Navier-Stokes equations compared to the Euler equations, influence of the gas (SF6, CO2 et N2), influence of the thermal non equilibrium in a nitrogen case, influence of the position of the arc source terms in the different energy equations. In this work, a study on different nitrogen chemical kinetics is proposed. In these models, 5 chemical species are distinguished: N2, N, N+, N2+ and e-. Finally, 4 different temperatures are used: T, TVib-N2, TVib-N2+ and Te.