Les agents tensioactifs sont employés dans les colonnes de flottation industrielle pour améliorer les propriétés physicochimiques de la pulpe. En général, ils affectent directement la tension superficielle en diminuant l’énergie nécessaire à la formation des bulles et en augmentant leur élasticité L’objectif principal du mémoire consiste à étudier l’influence de la concentration de moussant dans un milieu triphasé (solide/liquide/gaz) sur le taux de rétention d’air. Le mémoire traite également de l’implantation d’un système automatisé de détection du diamètre des bulles (visionneuse à bulles) dans une pulpe minérale. L’étude révèle qu’à haute concentration, les particules hydrophobes semblent annuler l’effet du moussant sur le taux de rétention d’air. De plus, le type de cellule de conductivité employé est problématique, car il entraîne un écoulement préférentiel (pulpe/bulles). Enfin, la visionneuse à bulles employée fonctionne en présence de solides, mais il serait préférable de modifier sa géométrie. / Surfactant agents are used in flotation columns to improve the physical and chemical properties of the slurry. In general, they directly affect the superficial tension by decreasing the energy necessary for bubble formation and by increasing their elasticity. The main objective of this master’s thesis is to verify the impact of frother concentration in a three-phase (solid/liquid/gas) system on the air hold-up. The thesis also deals with the availability of an automated system for bubble diameter measurement (bubbles viewer) in a three-phase system (slurry-air). The study reveals that for high concentration, hydrophobic particles seem to cancel the effect of the bubble on the gas hold-up. Furthermore, the type of conductivity cell used is problematic because it promotes preferential flow (pulp/bubbles). Lastly, the bubble viewer can be operated with solids, but it is recommended changing its geometry.

Les nanoparticules ultrafines d’oxyde ou d’hydroxyde de fer utilisées en imagerie par résonance magnétique (IRM) permettent de rehausser le signal vasculaire. Dans ce projet, des nanoparticules magnétiques ultrafines (< 10 nm) à base de fer sont synthétisées à l’aide d’une méthode de réduction par électrochimie plasma-liquide (EPL). Simple et rapide (t < 5 min.), cette méthode consiste à projeter un plasma d’argon à la surface d'une solution aqueuse contenant des ions métalliques et des molécules de ligand. Une fois purifiées par chromatographie ou par dialyse, la suspension de nanoparticules permet d'obtenir un contraste positif en IRM. Une préparation de ces nanoparticules a été injectée in vivo (modèle de la souris), permettant de démontrer un fort rehaussement du signal vasculaire. Cette technologie pourrait avantageusement être appliquée dans les centres hospitaliers, afin de produire un agent de contraste biocompatible sur place et sur demande. / Ultra-small iron oxide and hydroxide nanoparticles can be used to enhance vascular signal in magnetic resonance imaging. In this project, ultra small iron hydroxide magnetic nanoparticles (< 10 nm) are synthesized with a plasma-liquid electrochemical method. Rapid and simple (t < 5 min.), this technique consists of an argon microplasma directed to an aqueous solution containing metal ions and ligand molecules. Synthesizing nanoparticles directly in water is advantageous in the context of biomedical applications. After purification with size-exclusion chromatography or dialysis, the nanoparticle suspension allowed to obtain positive contrast enhancement in MRI. Finally, the prepared nanoparticles were injected in vivo (in the mouse model) enabling a high increase of vascular signal. This technology could be favourably installed in hospitals, in order to produce a biocompatible MRI contrast agent, on site and on demand.

En raison des problèmes inhérents aux biomatériaux et à la transplantation d’organes, tels que la durée de vie, le rejet et la disponibilité, l'ingénierie tissulaire est désormais envisagée à plus long terme comme solution de remplacement des organes défaillants. Cette approche vise à induire et structurer la croissance tissulaire afin d’organiser les cellules en tissus et ces tissus en organes. Pour ce faire, un bioréacteur reproduisant les conditions intracorporelles est indispensable. Au cours de ce projet de maîtrise, un bioréacteur à perfusion spécifique à la régénération des artères a été conçu pour favoriser la croissance de ce tissu et étudier l’effet des diverses contraintes mécaniques (tension axiale, élongation axiale, pression interne, débit, cisaillement) sur ses propriétés mécaniques finales. La conception du bioréacteur a été effectuée suivant une méthodologie rigoureuse comprenant l’identification des besoins, la rédaction du cahier des charges, la modélisation assistée par ordinateur, la réalisation du prototype et la validation. Ce bioréacteur sera par la suite utilisé par le laboratoire pour le développement d’un substitut artériel ayant les propriétés et la structures d’une artère native. / Tissue engineering provides a new approach for overcoming the current problem of organ shortage and biomaterial failure. Three-dimensional tissues, such as arteries, are much more difficult to regenerate than bi-dimensional ones. In this context, a specific bioreactor is required in order to reproduce and maintain the appropriate environment required for 3-D tissue regeneration. During this project, a perfusion bioreactor specific for arterial tissue was designed to stimulate growth and study the effects of mechanical factors such as axial stress, axial strain, internal pressure, flow and shear stress, on final construct properties. The design was realized following a step-by-step methodology: identification of the needs, listing of the specifications, computer assisted modeling and design, and prototype realisation and validation. This bioreactor will be used by the laboratory for the development of an arterial substitute with similar properties and structure of a native artery.

La combustion en boucle chimique (CLC) est l'une des technologies appropriées pour produire l'énergie permettant la capture facile de CO2. Dans ce système, le transporteur d'oxygène réagit avec l'agent combustible dans le réacteur de combustion, puis il se dirige vers le réacteur d'oxydation et réagit avec l'oxygène pour retrouver sa première forme. Après la réaction de réduction, le CO2 peut se stocker facilement, puisqu’il est pur et exempte d’azote. Le transporteur d'oxygène en CLC joue un rôle important. Selon la littérature, l’ilménite est l’un des matériaux pouvant jouer le rôle du transporteur, mais il a montré une faible réactivité pour la combustion du CH4. Dans ce projet, nous avons examiné la possibilité d'augmentation la réactivité de l’ilménite par augmentation de sa surface spécifique et l'ajout de NiO. Au total, quatre échantillons ont été préparés par la méthode de broyage, en utilisant un broyeur à billes à basse et à haute énergie. La réactivité de l'ilménite avec CH4 a été déterminée. Les techniques de BET, l’analyse thermogravimétrique (TGA) et la diffraction des Rayons X (XRD) ont été utilisées pour la caractérisation des échantillons. Les résultats ont montré que la grande surface de l'ilménite avec 8 % de NiO mène à une réactivité et une capacité de transfert d'oxygène élevée lorsque le CH4 est utilisé comme combustible. / Chemical looping combustion (CLC) is one the suitable technologies to produce the energy allowing easy capture of CO2. In this system, an oxygen carrier reacts with a fuel agent in the fuel reactor and then it goes toward the oxidation reactor and reacts with oxygen to return to the initial form. After reduction reaction, CO2 can be stored easily since it is almost pure and free from nitrogen. So, the oxygen carrier in CLC plays an important role. Based on the literature, ilmenite has shown low reactivity when CH4 was used as fuel. In this project, increasing the surface area of ilmenite and addition of NiO were explored aiming at increasing the reactivity of ilmenite with CH4. Samples were prepared by mechanical milling , using low and high energy ball milling steps. Different techniques such as BET, thermo gravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize the oxygen carrier and its reactivity with CH4. The results showed that the high surface area of ilmenite containing 8 % NiO exhibited high reactivity and high oxygen transfer capacity when CH4 was used as fuel.

L'influence des ions Pb2+ sur le dépôt de zinc a été étudiée dans l'électrolyte acide de sulfate de zinc avec et sans Mn2+. La polarisation galvanostatique, la polarisation potentiodynamique, la voltammétrie cyclique (VC), les mesures de bruit électrochimique (MBE) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) en conjonction avec la microscopie électronique à balayage (MEB) et la diffraction des rayons-X (XRD) ont été considérés. L'effet de différents paramètres de fonctionnement tels que la concentration de Zn2+, la concentration d’acide sulfurique, la densité de courant, l'agitation de l’électrolyte et la température a été étudié en présence de Mn2+ et Pb2+. Les résultats galvanostatiques utilisant un électrolyte standard de zinc contenant 12 g/L de Mn2+ (ES) ont montré que les ions de plomb ajoutés à l’ES conduisaient à une augmentation du potentiel cathodique et de l'efficacité de courant (EC) du dépôt de zinc. L'augmentation de la concentration de Mn2+ dans l'électrolyte a entraîné une diminution du potentiel cathodique et d’EC du dépôt de zinc à cause de l'effet de dépolarisation du MnO4- formé. En outre, l'augmentation de la densité de courant de 45 à 60 mA/cm2 et de l'agitation de 60 à 412 tr/min ont donné lieu à une augmentation du potentiel et à une diminution d’EC. L'augmentation de la température de 35 à 45°C a conduit à une diminution du potentiel cathodique. Pour l'électrolyse de longue durée (72 h), la teneur de Pb dans le dépôt de zinc en utilisant l'anode Pb-0,7%Ag était de 1,90-1,98 ppm, presque équivalente à celle employant l'anode de Pt avec l’addition de 0,15-0,2 mg/L de Pb2 +. L'électrolyse à 40°C et 52,5 mA/cm2 en présence de plomb jusqu'à 0,1-0,2 mg/L dans un électrolyte contenant 12 g/L Mn2+ pourrait être considérée comme des meilleurs paramètres opérationnels pour le procédé d'extraction électrolytique. Les études SIE ont montré que le dépôt de zinc sur le zinc est plus facile que celui du zinc sur l'aluminium. L’analyse des MBE a révélé que l'augmentation des concentrations de Pb2+ (0,05-0,8 mg/L) dans l'électrolyte de zinc sans Mn2+ s'accompagne d'une diminution de l'inclinaison et d'une augmentation des valeurs du kurtosis qui puissent être corrélées à la morphologie du dépôt de zinc. / The influence of Pb2+ ions on zinc deposition was investigated in acidic zinc sulfate electrolyte with and without Mn2+ ions. Galvanostatic polarization, potentiodynamic polarization, cyclic voltammetry (CV), electrochemical noise measurements (ENM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in conjunction with scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) have been considered. Effects of different operating parameters such as Zn2+ ions concentration, sulfuric acid concentration, current density, electrolyte agitation and temperature were investigated in presence of Mn2+ and Pb2+ ions. The galvanostatic results using standard zinc electrolyte containing 12 g/L Mn2+ (SE) showed that lead ions added to the SE led to an increase in the cathodic potential and current efficiency (CE) of zinc deposit. Increasing Mn2+ concentration in the electrolyte resulted in decrease of cathodic potential and CE of zinc deposit due to the depolarization effect of formed MnO4-. In addition, increases of current density from 45 to 60 mA/cm2 and agitation from 60 to 412 rpm resulted in an increase of overpotential and decrease of CE. Increase of temperature from 35 to 45°C led to a decrease of cathodic potential. For long time electrolysis (72 h), the Pb content in zinc deposit using Pb-0.7%Ag anode was 1.90-1.98 ppm, almost equivalent to that employing Pt anode with addition of 0.15-0.2 mg/L of Pb2+. Electrolysis at 40°C and 52.5 mA/cm2 in presence of lead up to 0.1-0.2 mg/L in an electrolyte containing 12 g/L of Mn2+ could be considered as best conducted operating parameters for electrowinning process. EIS studies showed that zinc deposition on zinc is easier than that of zinc on aluminum. ENM revealed that increase of Pb2+ concentration (0.05-0.8 mg/L) in zinc electrolyte without Mn2+ is accompanied with a decrease of skew and increase of kurtosis values that could be correlated to the morphology of zinc deposit.

La production et le coût d'exploitation des mines modernes dépendent beaucoup de la performance des équipements employés. Avec le progrès technologique, ces derniers deviennent de plus en plus sophistiqués et de taille de plus en plus imposante. Ces deux facteurs entraînent une hausse de l'investissement initial (coût d'acquisition) et le coût d'opération, ce qui affecte directement la rentabilité de la mine et la compétitivité de sa compagnie propriétaire. Il est donc évident qu'un des meilleurs moyens pour accroître la rentabilité et des profits des opérations est de maximiser l'efficacité globale des équipements employés. Cette dernière est une résultante de plusieurs facteurs techniques, opérationnels et économiques qui comprennent entre autres la fiabilité, la maintenance, sa gestion et son support, l'utilisation et la gestion de la flotte d'équipements. Pour parvenir à l'amélioration de l'efficacité globale, il est crucial de pouvoir mesurer ou quantifier divers aspects contributeurs à l'aide d'indicateurs de performance (KPI, Key Performance Indicators) adéquats et significatifs. Malgré l'importance de ce fait, il paraît que l'industrie minière accuse un retard considérable aux autres industries, plus particulièrement celle manufacturière. Dans ce contexte, il a été décidé de faire une étude ayant pour but de répertorier et d'analyser les pratiques et les procédures de suivi de la performance et de l'efficacité des équipements de production dans un certain groupe de mines canadiennes. L'accent a été porté particulièrement sur les mines souterraines. Cette étude a permis de distinguer les indices de performance techniques et opérationnels ainsi que leurs facteurs contributeurs, d'évaluer la précision et la signification des mesures couramment utilisées, et finalement discuter et émettre les recommandations sur les points à améliorer à court et long terme. Suite à la discussion des résultats, les mines recensées mesurent peu d'indices de performance et plusieurs problèmes ont été détectés pour leur interprétation et leur précision. Dans la lumière de la situation actuelle, certaines recommandations générales sur les points à améliorer à court et à moyen terme ont été formulées.

L’ingénierie tissulaire est une approche qui vise à combler le besoin de remplacements d’organes. Ceci est d’autant plus vrai pour les artères, dont le besoin de remplacements résulte en partie de la prévalence des maladies cardiovasculaires dans le monde industrialisé. Pour ce faire, nous croyons qu’une des alternatives les plus prometteuse implique l’utilisation d’une structure permettant l’échafaudage tridimensionnel de cellules lors de la régénération. Le collagène possède plusieurs caractéristiques qui font en sorte qu’il peut être un matériau convenable à la fabrication de cette structure. Au cours de ce projet, un procédé d’extraction et de mise en solution de collagène type I à partir de queues de rat a été choisi et validé. Ce collagène a été caractérisé par rapport à ses propriétés moléculaires et ses performances mécaniques, biologiques et hématologiques. Suivant cette validation, une méthode pour produire des gels en forme de disques et de tubes ensemencés de cellules vasculaires a été élaborée. Ces structures ont été caractérisées quant à la viabilité des cellules dans le gel, la capacité des gels à être manipulés ainsi qu‘à leurs propriétés hématologiques, en milieu humide. Ce projet constitue une base pour des recherches futures visant à améliorer la fonctionnalité et les propriétés structurales des artères régénérées à base de collagène. / Tissue engineering provides insight into solving the organ shortage. This is especially the case for small diameter vascular substitutes, with which a shortage is due in part to the prevalence of cardiovascular disease in the industrialized world. For this, in our opinion, one of the most appropriate approaches involves using a structure to guide the cells during the regeneration phase. Collagen has many characteristics that make it suitable as a scaffold material for vascular tissue engineering. Two slightly different methods for extracting and processing collagen type I from rat tail were compared with respect to the molecular structure of the collagen molecule, the mechanical properties of thin films obtained from solvent evaporation and preliminary cellular viability with fibroblasts seeded on these same collagen films. One of the above methods was chosen and this collagen was then characterized with respect to cellular viability with smooth muscle cells and endothelial cells and also with blood contact assays. A method for producing three-dimensional gels seeded with vascular cells was developed. Cell distribution and viability, preliminary compliance testing and blood contact assays were performed on these gels. This project has provided the basis for further studies in order to maximize cell functionality and the structural properties required for implantation of collagen-gel-based vascular grafts.

La présence d’hydrogène en solution dans l’aluminium liquide entraîne la formation de porosités une fois celui-ci solidifié. C’est pourquoi il est important de bien mesurer la quantité de gaz dissous dans le métal. La méthode de Sieverts, utilisée par d’autres expérimentateurs dans le passé, montre certaines faiblesses et une nouvelle méthode plus fiable et versatile est proposée afin de valider les résultats obtenus précédemment. Après plusieurs tests et améliorations au montage et à la méthodologie, des résultats prometteurs ont été obtenus. En fait, un phénomène attribuable à la dissolution de l’hydrogène dans l’aluminium a été observé. En faisant quelques hypothèses, ces résultats ont permis de valider le modèle mathématique en obtenant une valeur de la solubilité de l’hydrogène dans l’aluminium près de celle des autres expérimentateurs. Suite à ces essais, de nouvelles améliorations ont été apportées au montage et une nouvelle méthodologie de mesure est proposée pour les expérimentations futures. / The presence of hydrogen in solution in liquid aluminium leads to the formation of porosities after the solidification. For this reason, a good measurement of the quantity of gas dissolve in the molten metal should be made. The Sieverts’ method, used by the precedents experimenters, shows some weaknesses and a new method more reliable and versatile is proposed to validate the results formerly obtained. After several tests and ameliorations to the measurement system, some promising results were obtained. A phenomenon that can be attributed to the dissolution of hydrogen in liquid aluminium was observed. By making some assumptions, these results were used to validate the mathematical model by obtaining a value of the solubility of hydrogen in aluminum near the other experimenters. Following that, new ameliorations were made to the system and that a new measurement methodology is proposed for the future experimentations.

L’objectif de la présente thèse a été de développer des procédés de modifications de surface de l’acier inoxydable 316, pour en améliorer les performances à long terme en milieu biologique, en vue d’une application pour les stents coronariens. Deux types de modifications de surface successifs ont été menés sur l’acier; des pré traitements et des recouvrements. Les premiers ont eu pour but de modifier la composition chimique, la rugosité et la topographie des surfaces métalliques, afin de les préparer au dépôt des seconds, lesquels auront pour fonction d’isoler totalement le métal du milieu biologique. Les pré traitements de polissage mécanique et électrochimique, de dégraissage par ultrasons, d’immersion en solutions alcalines et acides et de décapage par plasma froid, ont été testés. Les modifications de surfaces induites ont été caractérisées par Spectroscopie de Photoélectrons induits par Rayons X (XPS), par Microscopie à Force Atomique (MFA) et par Microscopie Électronique à Balayage (MEB). La combinaison optimisée des traitements par ultrasons, polissage électrochimique, attaque acide et décapage par plasma froid a abouti à l’obtention de surfaces lisses, homogènes, sans défauts, décontaminées et quasi exemptes d’oxyde métallique considéré fragile mécaniquement. Le pré traitement d’électropolissage a fait tout particulièrement l’objet d’une étude approfondie. Les recouvrements amorphes, fluorocarbonés et partiellement hydrogénés, fortement hydrophobes, lisses et sans défauts ont été déposés sur de substrats métalliques pré traités en optimisant les paramètres de fonctionnement du réacteur à plasma froid radio fréquence. Des dépositions ont également été effectuées sur des substrats non pré traités dans les conditions optimales de polymérisation. Elles ont alors conduit à la formation de films poreux, composés de sphères nanométriques distribuées de manière hétérogène, de structure également amorphe et partiellement hydrogénée. L’importance de l’étape des pré traitements a ainsi été démontrée, celle ci influençant principalement la morphologie des recouvrements. Finalement, l’imperméabilité des recouvrements obtenus sur des substrats pré traités ont été validées dans des conditions pseudo physiologiques similaires à celles présentes dans les artères coronariennes. / The aim of this study was to develop various surface modification procedures for 316 stainless steel to improve its long term performances as endovascular stents. The strategy behind this work was divided into two parts: surface pre treatments and surface coatings. Chemical composition, roughness and topography of the metallic surfaces were modified by the surface pre treatments in order to prepare the substrates for the post deposited coatings that would form an impermeable barrier completely isolating the metallic device from body fluids. Surface pre treatments of the metallic surfaces consist of mechanical and electrochemical polishing, ultrasonic cleaning, dipping in alkaline and acidic solutions, and plasma etching. The aim was to obtain a smooth and homogeneous surface of the substrate as well as to remove any fragile interlayer, particularly the metallic oxide and the contamination layers. Characterization of the modified surfaces was performed by X ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Optimized surface properties were obtained by combining ultrasonic cleaning, electrochemical polishing, acid dipping and plasma etching. Of the above mentioned methods, emphasis was placed on the electrochemical polishing procedure. Ultra thin fluorocarbon films were deposited on pre treated stainless steel surfaces by radio frequency glow discharge plasma, after modulating plasma deposition parameters in order to promote the polymerization process. Films were then partially hydrogenated, amorphous, highly hydrophobic, smooth and pinhole free. Depositions under optimal polymerization conditions were also performed on as received substrates and lead to the formation of partially hydrogenated, porous fluorocarbon coatings that consisted of heterogeneously distributed nanospherical particles. Thus, pre treatments prior to deposition were essential, demonstrated by their strong influence on the morphology of the plasma polymer films. Finally, plasma polymer films were validated with respect to impermeability in a medium reproducing the physiological conditions in the coronary arteries.

Les corps broyant placés dans un broyeur sont soumis à différentes forces qui peuvent les expulser hors de l’appareil. Ce phénomène peut être important lors de l’utilisation de corps broyant de petite taille qui favorisent une meilleure efficacité de réduction granulométrique dans des opérations de rebroyage ou de broyage secondaire et tertiaire. L’objectif de ce mémoire est d’évaluer les conditions favorisant l’éjection des corps broyant hors d’un broyeur opéré en continu. Les résultats obtenus à l’échelle du laboratoire ont permis d’établir des méthodes pour déterminer les conditions (vitesse de fluide, concentration de solides, granulométrie du solides) qui favorisent la fluidisation et ultimement le transport de boulets de dimension inférieure à 8 mm. Les résultats montrent que le niveau de la charge de corps broyant est la variable qui affecte le plus l’éjection des corps broyant. Le débit d’alimentation est la deuxième variable opératoire d’importance, suivie de la concentration de solides de la pulpe à l’alimentation d’un broyeur.