Les nanofils de silicium présentent un fort potentiel d'intégration, et leur utilisation dans des dispositifs électroniques tels que des cellules solaires photovoltaïques ne peut se faire que si leur élaboration et leurs propriétés structurales sont maitrisées. Nous présentons dans cette thèse une méthode de fabrication de matrices de nanofils de silicium par croissance catalysée par l'or ou le cuivre en dépôt chimique en phase vapeur et faisant appel à des matrices de guidage de la croissance en alumine nanoporeuse. Cette technique permet notamment la croissance d'assemblées de nanofils ultra-denses (1.10^{10} nanofils/cm²) sur substrat non préférentiel ou d'hétérostructures comme des nanofils de germanium sur substrat de silicium. Grâce à la diffraction des rayons X nous montrons ensuite que les nanofils produits sont de très bonne qualité structurale malgré leur substrat non préférentiel et la présence d'une légère déformation de leur maille cristalline. Le contrôle de la déformation cristalline de nanofils de germanium est par ailleurs démontré en encapsulant les nanofils dans une coquille de nitrure de silicium. De nouveaux éléments de réflexion sont également rapportés concernant la contamination des nanofils de silicium par le catalyseur de leur croissance. Enfin l'intégration des nanofils de silicium dans des dispositifs solaires photovoltaïques est démontré en faisant appel à des jonctions PN radiales entre le coeur et la coquille des nanofils. / Silicon nanowires are promising objects but their integration in electronic devices such as photvoltaic solar cells relies on the ability to control their production and tailor their structural properties. In this thesis we present a method to produce nanowire matrices using a gold or copper catalysed growth process by chemical vapor deposition and using a nanoporous alumina growth template. This method enables the fabrication of ultra-dense nanowire arrays (1.10^{10} nanowires/cm²) on non preferential substrate or heterostructures such as germanium nanowires on silicon substrate. Using X-ray diffraction we also show that the structural quality of the template grown nanowires is very good in spite of their non preferential substrate and the presence of a small cristalline lattice strain. The control of germanium nanowires strain is also demonstrated by embeding them in a silicon nitride shell. Besides, new results are presented concerning the catalyst contamination of silicon nanowires. Silicon nanowires integration in photovoltaic devices is eventually demonstrated using a radial geometry for the PN junction between the core and the shell of the nanowires.

Les aciers inoxydables ferritiques sont actuellement les meilleurs candidats pour répondre au cahier des charges des matériaux destinés aux interconnexions de piles à combustibles à oxyde solide (SOFC acronyme anglo-saxon pour Solid Oxide Fuel Cell). Cependant, du coté du compartiment cathodique de ces piles, le phénomène de sublimation du chrome à haute température conduit à des dégradations importantes, réduisant ainsi la durée de vie en service des SOFC. Les objectifs de ce travail de thèse sont (i) d'étudier le phénomène de sublimation du chrome sur l'acier inoxydable ferritique AISI 441 et (ii) de rechercher le ou les moyen(s) d'atténuer cette même sublimation. Sur le deuxième point, des méthodes de protection ont été mises en œuvre, en particulier avec le dépôt de films minces de spinelle Mn-Co obtenues via un procédé de galvanoplastie ou bien encore en procédant à des pré-oxydations des alliages dans des atmosphères contrôlées de type argon impur ou mélanges gazeux équimolaires CO / CO2 (250 ° C et 850 ° C, pour une durée totale de 3 h).Concernant l'étude de la sublimation du chrome, des essais d'oxydation simulant les conditions de service ont été conduites dans des mélanges gazeux : 5% de O2 dans H2O à 800 °C pendant 96 h. A vitesse de gaz oxydants faible, de 1 à 3 cm / s, la sublimation du chrome est limitée par un phénomène de diffusion dans la phase gazeuse de l'espèce volatile oxo-hydroxyde de chrome. A vitesse plus élevée, de 3 à 10 cm / s, la sublimation du chrome semble limitée par un phénomène interfacial. La vitesse de sublimation apparait indépendante de la rugosité de surface des échantillons, elle même variant selon la préparation des échantillons. Du point de vue de la caractérisation morphologique des couches d'oxydation thermiques obtenues, sur les surfaces de plus forte rugosité (surface industrielle), nous avons noté le développement de nodules riches en titane et en niobium avec une partie externe et une autre interne. Dans le substrat, des phases de lave de type Fe2Nb ont été observées le long des joints de grain métalliques.Dans une deuxième partie, la sublimation du chrome a été étudiée sur échantillons revêtus ou pré-oxydés. Les films minces de spinelle Mn-Co ne conduisent pas à l'abaissement de la vitesse de sublimation du chrome et sont donc pas protecteurs. L'adhérence de ces revêtements est de mauvaise qualité. Les couches présentent de nombreuses fissures. La pré-oxydation conduit quant à elle à une réduction considérable (jusqu'à un facteur 10) de la vitesse de sublimation du chrome (sauf dans le cas de la pré-oxydation dans l'argon à 850 °C). La formation d'un film riche en fer obtenu à basse température (250 °C) peut expliquer cette réduction par l'établissement d'une barrière de diffusion. Cette même réduction est cependant surprenante sur les films riches en chrome obtenus par pré-oxydation à 850 °C dans CO / CO2. Nous proposons dans ce travail une interprétation originale basée sur les différences de nature semi-conductrice des films de chromine formées à haute pression d'oxygène (proche de l'atmosphère) et identifiés comme étant de type p par rapport à ceux obtenus à basse pression (dans CO/CO2) qui sont connu pour être de type n. Après l'oxydation à haute température de 96 heures, tous les échantillons préalablement pré-oxydés ont été observés comme étant composés d'oxyde de chrome et d'un spinelle Mn-Cr.Au terme de ce travail de thèse, il peut être conclu que la pré-oxydation de l'alliage 441 à basse température (250 °C) dans l'argon ou le mélange CO/CO2 ou encore à plus haute température (850 °C) dans le mélange CO/CO2 sont des traitements qui conduisent à l'abaissement de la vitesse de sublimation du chrome et par voie de conséquence à l'amélioration de la tenue de cet alliage en condition d'oxydation dans le compartiment cathodique des SOFC. / Ferritic stainless steels are the most attractive materials that are able to fulfil SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) interconnect properties. However, in cathodic SOFC condition, Crvolatilisation from ferritic steels leads to degradations of interconnect and cathode materialsand shorter service lifetime of SOFC. The objectives of this work are (i) to study Crvolatilisation from AISI 441 ferritic stainless steel and (ii) to find the way out to suppress Crvolatilisation. The Cr volatilisation protective methods used in this work were coating withMn-Co spinel by an electroplating method and preoxidation in the condition of Ar or CO/CO2at either 250°C or 850°C, for 3 h. Cr volatilisation experiments were performed in 5%H2O inO2 at 800°C for 96 h. According to the results, it can be concluded that the preoxidation ofthe AISI 441 in Ar or CO/CO2 at low temperature (250°C) or in the CO/CO2 at a highertemperature (850°C) are treatments that lead to lowering the sublimation rate of the Cr andimprovement in the oxidation resistance of this alloy in the cathodic compartment of theSOFC.

Les oxydes fortement corrélés sont largement étudiés pour l'hôte d'applications uniques, telles que la supraconductivité à haute température, la magnéto-résistance colossale, les commandes exotiques magnétiques, chargées et orbitales et les transitions isolant-métal. Les oxydes métalliques de transition qui forment la majorité des systèmes d'oxydes corrélés et des oxydes de vanadium, en particulier VO2 et V2O5, sont les deux systèmes les plus préférés parmi les chercheurs pour plusieurs applications. Dans cette thèse, la croissance et la caractérisation de VO2 et V2O5 sont discutées avec un accent particulier sur la propriété optique, en particulier les propriétés thermochromiques. Traditionnellement, le comportement SMT et l'infrarouge reflètent la zone de focalisation pour la recherche VO2 et c'est seulement jusqu'à récemment que la VO2 est traitée comme un système beaucoup plus complexe et a été étudiée comme un métamatériel naturellement désordonné très réactif près de la température de transition de phase où le matériau présente des matériaux semi-conducteurs et métalliques Coexistence de phase. Étant donné que chaque phase de VO2 a des propriétés optiques et électriques distinctes, elle contrôle l'étendue des transitions de phase par une modulation de température précise, permet d'exploiter le matériau pour de nouvelles propriétés, comme la modulation d'émissivité dans la région NIR et pour la création de motifs IR réversibles et réinscriptibles. Le V2O5 est traditionnellement considéré comme un matériau TCR élevé et considéré comme un matériau de choix pour une application allant de la catalyse, des capteurs de gaz aux batteries au lithium. Dans cette étude, nous nous concentrons sur les propriétés optiques du matériau, en particulier la nature thermochromique de la gamme visible des revêtements V2O5 synthétisés par recuit oxydatif des revêtements VOx développés par MOCVD. L'impact du dopage et de la production sélective de vacance d'oxygène sur la propriété thermochromique est discuté. / Strongly correlated oxides are studied widely for the host of unique applications, such as hightemperature superconductivity, colossal magneto resistance, exotic magnetic, charge and orbital ordering, and insulator-to-metal transitions. Transitional metal oxides which form the majority of the correlated oxide systems and oxides of Vanadium, especially VO2 and V2O5 are the two most favourite systems among researchers for several applications. In this thesis, the growth and characterization of VO2 and V2O5 are discussed along with a special focus on the optical property, especially thermochromic properties. Traditionally SMT behaviour and Infrared reflectively was the focus area for VO2 research, and its only until recently that VO2 is being treated as a much more complex system and investigated as highly responsive naturally disordered metamaterial near the phase transition temperature where the material exhibits semiconducting and metallic phase co-existence. Since each phase of VO2 has a distinct optical and electrical properties, controlling the extent of phase transitions by accurate temperature modulation, enables exploitation of the material for new properties like emissivity modulation in the NIR region and for creating IR visible reversible and rewritable patterns. V2O5 is traditionally seen as a high TCR material and regarded as material of choice for application ranging from catalysis, gas sensors to lithium batteries. In this study, however we focus on the optical properties of the material, especially the visible range thermochromic nature of V2O5 coatings synthesised by oxidative annealing of MOCVD grown VOx coatings. The impact of doping and selective oxygen vacancy generation on the thermochromic property are discussed.

Lors de sa détente dans une turbine, la vapeur subit une chute d’enthalpie qui entraîne sa condensation spontanée sous forme d’un nuage de gouttelettes submicroniques. Ces gouttes vont se déposer sur les aubes aval et y former un film d’eau. Ce dernier est arraché sous l’effet de l’écoulement de vapeur environnant ce qui crée des gouttes de quelques dizaines de microns qui peuvent se redéposer sur les aubes aval. Ces phénomènes sont à l’origine de pertes, généralement regroupées sous le terme générique de ”pertes par humidité”, estimées grâce à la loi de Baumann. Le but de cette thèse est de mettre en place dans un code méridien des modèles permettant la prise en compte des phénomènes de condensation, de déposition et d’écoulement des films liquides afin de pouvoir estimer les pertes liées à chacun d’entre eux. Dans cette optique un modèle diphasique homogène permettant d’avoir accès à la fraction massique de liquide et au nombre de gouttes est implanté dans le code méridien. Ce modèle est validé sur un cas test expérimental de détente en tuyère et alimente le modèle de déposition. Les contributions de la diffusion, de la turbophorèse, de la thermophorèse, de la gravité et de l’inertie des gouttes à la déposition sont étudiées. Il apparaît nécessaire de prendre en compte la diffusion, la turbophorèse et la déposition inertielle sur les bords d’attaque des aubes. Un modèle permettant d’avoir accès à l’épaisseur et à la vitesse d’un film liquide soumis au cisaillement d’un écoulement environnant, à la force de frottement sur la paroi et aux effets de la rotation est mis en place. Ce modèle est validé par rapport à des résultats expérimentaux d’écoulement de film liquide sur une plaque plane dans des conditions proches de celles rencontrées en turbine à vapeur basse pression. Finalement, un calcul réalisé sur une géométrie réelle de turbine basse pression de 8 étages permet de démontrer l’applicabilité de la méthodologie mise en place sur un cas industriel. Les contributions des phénomènes étudiés aux pertes par humidité sont explicitées. / During the expansion in a turbine, the enthalpy of the steam fall. This fall leads the steam to cross the saturation line and brings about its spontaneous condensation and the appearance of fog droplets. The deposition of these droplets on downstream blades lies at the root of the creation of a liquid film. This film is torn off by steam flow and creates coarse water. These big droplets can impact downstream blades. Each of these phenomena induces some losses which are generally grouped in the ”wetness losses” estimated thanks to Baumann’s rule. The aim of this work is to develop, in a throughflow code, some models which allow to take into account the condensation, deposition and liquid film flow and the losses linked to each of these phenomena. An homogeneous two phases flow model is implemented in the throughflow code. Two transport equations on the mass fraction of liquid and on the droplets number are added to Euler’s equations written for gas phase. This model is validated on an experimental test case of expansion in nozzle and feeds the model of deposition. The influences of diffusion, turbophoresis, thermophoresis, gravity and of inertia of droplets on the deposition are studied. It appears to be necessary to take into account diffusion, turbophoresisand deposition due to inertia on the leading edges of blades. A model which allows to evaluate the thickness and the velocity of a liquid film submitted to aerodynamic shear, friction on blades and rotational effects has been developed. This model is validated on experimental results of a liquid film flow on a flat plate in some conditions representatives of those encountered in low pressure steam turbines. Finally a calculation realised on a real geometry of a 8-stages low pressure steam turbine has demonstrated that the methodology developed during this work can be used on an industrial test case. The contributions of the phenomena studied to wetness losses are evaluated.

Cette étude s’attache à la caractérisation physico-chimique des contaminants des emballages alimentaires organiques, précisément les phtalates et les alkylphénols, en terme de solubilité aqueuse, coefficient de partage octanol-eau et pression de vapeur. Cette caractérisation se situe dans le cadre des règlementations REACH concernant l’identification des substances chimiques toxiques. Les mesures expérimentales de solubilité aqueuse sont effectuées par la méthode dynamique de saturation dans un intervalle de température [298.15-328.15K], celles du coefficient de partage octanol-eau avec la méthode « shake-flask » à 298.15. Les mesures de pression de vapeur sont réalisées avec la méthode dynamique de saturation dans un intervalle de température [313.15-423.15K] et validées avec la méthode statique. A partir de ces mesures, les coefficients de partage air-eau et octanol-air sont déterminés. En addition des mesures expérimentales, une prédiction de ces propriétés est effectuée avec les modèles thermodynamiques : UNIFAC originale, UNIQUAC, NRTL et COSMO-sac-dsp. A l’issue de ces résultats, une évaluation quantitative et qualitative de chacun des modèles est effectuée. Cette évaluation facilitera l’optimisation des paramètres de chacun des modèles des deux familles dans le but de créer un modèle de prédiction du phénomène de migration de l’emballage vers l’aliment / The aim of this study is the physical-chemical characterization of the organic food packaging contaminants, particularly phthalates and alkyl phenols, in terms of aqueous solubility, octanol-water partition coefficient and vapor pressure. This characterization falls within the scope of REACH regulations for the identification of chemical substances. The aqueous solubility measurements are performed using the dynamic saturation method in a temperature range of [298.15 – 328.15K], those of octanol-water partition coefficient with the “shake-flask” method at 298.15K. The vapor pressure measurements are carried out with the “dynamic saturation method” in a temperature range between 313.15 and 423.15K, and validated with the static method. These measurements are used in the determination of air-water and octnol-air partition coefficients. Beside experimental measurements, these poperties are predicted using thermodynamic models: UNIFAC originale, UNIQUAC, NRTL and COSMO-sac-dsp. A qualitative and quantitative evaluation is performed for each model. This evaluation will facilitate the optimization of the models’ parameters concerning phthalates and alkyl phenols in order to generate a model for the contaminants migration process

En service, les matériaux constituant les aubes de turbine aéronautique (superalliages à base nickel) sont soumis à des environnements agressifs susceptibles d’altérer leurs propriétés structurales. Les atmosphères oxydantes impliquées sont en général complexes (O2, H2O, CO2, SO2, NOx…), la quantité d’eau présente pouvant en particulier varier selon le régime moteur et les conditions environnantes (nuages, précipitations, humidité de l’air). Pour apporter une protection contre l’oxydation à haute température, on met en œuvre des revêtements alumino-formeurs sur lesquels une barrière thermique peut, de plus, être déposée. Le présent travail se proposait donc d’étudier l’influence de l’eau, sous forme vapeur et/ou liquide, sur le comportement de revêtements alumino-formeurs de référence, ou développés au LaSIE (barbotine d’aluminium, électrodéposition de CeO2), selon différents régimes d’oxydation (isotherme et cyclique). Afin de se rapprocher des conditions en service, une démarche scientifique originale a été proposée avec la mise en œuvre de conditions de vieillissement et post-vieillissement variées, à haute température, lors des phases de refroidissement, ou encore à température ambiante. Les expériences menées ont montré qu’une introduction de vapeur d’eau n’a que peu d’effet en régime isotherme à 1100°C, notamment lorsqu’une couche d’alumine alpha s’est développée en surface. L’ajout d’eau à froid (humidité relative,gouttes d’eau) accroît l’écaillage des couches d’oxydes, au-delà d’un temps d’oxydation critique, alors que l’apport d’eau lors de la phase de refroidissement des cycles thermiques conduit à une dégradation catastrophique des aluminures de nickel par un mécanisme combinant fatigue thermique et piqûration. / Upon service, aero-turbine blades (nickel-based superalloys) are submitted to high temperature degradation that may alter their structural properties. The oxidizing atmospheres are particularly complex (O2, H2O, CO2, SO2, NOx…) with variable water vapour contents as function of the engine regime and the atmospheric conditions (clouds, rain, relative humidity of air). These substrate materials are protected by alumina-forming coatings to improve their oxidation resistance, while additional thermal barrier coatings insulate the hottest parts. This PhD project aims at studying the effect of water (vapour, liquid) on the degradation of conventional and new coatings (Al slurry, electrodeposited CeO2) developed at the LaSIE laboratory under different oxidation regimes (isothermal and cyclic). An approximation to service conditions was proposed through an original methodology in which several oxidation and post-ageing conditions for different oxidation ranges (hot, upon cooling, at room temperature) were performed. The experiments showed little effect of water vapour mixed with air at 1100°C in isothermal conditions, in particular when the alumina scale grew over the surface. In contrast, water-containing environments at room temperature (relative humidity, water drops) increased the spallation of the oxide scales above a critical threshold time. Cyclic oxidation with water cooling provoked in turn, a catastrophic failure of the aluminide coatings by a mechanism involving thermal fatigue and pitting corrosion.

Cette thèse porte sur la modélisation des plasmas micro-ondes en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L'objectif est d'établir des modèles de cinétique chimique afin de décrire la phase gazeuse et d'appréhender les limitations des modèles physiques nécessaires à l'étude des plasmas H2/CH4 et H2/CH4/B2H6 fonctionnant à haute densité de puissance (haute pression / haute puissance). L'étude repose sur une approche numérique à travers plusieurs modèles physique (1D et 2D) et chimiques qui permet la description physico-chimique de la phase plasma en fonction de nombreux paramètres expérimentaux (pression, puissance, composition du gaz). Une comparaison des résultats numériques a été effectuée systématiquement avec des mesures de densités intégrées radialement réalisées par TDLAS et OES pour les espèces CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 et B. Cette comparaison a pour objectif la validation des modèles physiques et des schémas cinétiques. Des écarts significatifs entre le modèle et l'expérience ont révélé une limitation intrinsèque à l'utilisation d'une approche ID radiale pour décrire les propriétés du plasma pour les conditions de haute densité de puissance. L'utilisation d'un modèle 2D fluide conçu à partir du logiciel ANSYS Fluent propose une meilleure description des phénomènes de transport mais ne permet pas de prendre en compte les processus électroniques. L'analyse de la composition chimique des plasmas micro-onde H2/CH4, H2/B2/H6 et H2/CH4/ B2H6 a montré une limitation des schémas cinétiques décrivant ces mélanges par une large gamme de conditions opératoires. En particulier les mécanismes C/B de ces modèles ne reproduisent pas la forte influence observée expérimentalement de l'addition de méthane sur le bore atomique. Enfin une étude numérique sur la distribution spatiale des espèces borées à poximité de la surface est confrontée à des résultats expérimentaux sur le dopage de diamant en fonction de différents paramètres du procédé. / This thesis deals with modelling of high power density microware plasmas of H2/CH4 and H2/CH4/B2H6 mixtures used for growing intrinsic and boron-doped diamond films. The aim of this work is to establish chemical kinetic schemes in order to describe the gas phase composition and to manage limitations of physical models of high power density H2/CH4 and H2/CH4/B2H6 plasmas. This investigation relies on a numerical approach using different physical models (ID and 2D) as well as chemical models according to differents experimental parameters (pressures, power, gas composition). Comparisons are carried out with integrated densities of CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 and B measured by TDLAS and OES in order to validate the models. Significant discrepancies highlight limitation of ID approach for high power density whereas the use of a 2D fluid model (Fluent based) proposes better description of transport phenomena. The chemical analysis of H2/CH4, H2/B2H6 and H2/CH4/B2H6 MW plasmas also shows a limitation of the current kinetic schemes for a wide range of operating conditions. In particular C/B mechanisms do not reproduce the strong influence of methane addition on B. At least, a numerical study of spatial composition of boron species near the substrate is compared to experimental results on doping efficiency.

The present work is focused on the nucleation and growth mechanism of carbon nanotubes (CNT) that we have studied through different field emission techniques (FEM, FIM and atom-probe (PFDMS)). Reaction conditions associated with the CVD synthesis method were modeled inside the microscope aiming at studying nucleation phenomena at high resolution. The interaction between different metals (Fe, Co, Ni, conditioned as sharp tips) and gases (acetylene, ethylene and ethanol) was analyzed operando at high temperatures (500–900K), with the aim of reproducing growth conditions during the imaging process.<p>Ni was, in the end, the only metal studied, due to the poor quality of images acquired from Co and Fe. Aimed at reproducing the conditioning step of the catalyst often observed in CVD protocols, a first study showed that the crystal adopts a polyhedral morphology at the working temperature (873K) in an hydrogen atmosphere or under Ultra-High-Vacuum conditions, by the extension of dense crystal planes like {111} or {100}. The presence of hydrogen in the chamber does not seem to present any influence on the final crystal morphology at temperatures above 600K.<p>When exposed to a carbon-containing gas, nickel crystals present two distinct behaviors following the temperature region that is explored. At temperatures below ~623K, exposing Ni to ethylene or acetylene leads to the formation of a stable and poorly structured nickel carbide layer. The superficiality of this carbide is proven by the ease of its physical (by increasing the electrical field) or chemical (exposure to hydrogen or oxygen) evacuation. These three treatments initiate a clean-off phenomenon that evacuates the carbide layer. Reproducing these experiments in the atom-probe confirmed the carbidic nature of the surface as NiCy compounds were collected.<p>At temperatures above 623K, the carbide layer (formed by exposing Ni to the same gases) becomes unstable. Its formation is related to a transition period that precedes the nucleation of graphenes on the surface. The Ni crystal undergoes a massive morphological transformation when acetylene is introduced in the chamber at 873K. This phenomenon is induced by the presence of carbon on the surface which adsorbs so strongly on step sites that it provokes their creation. Carbon also induces a considerable enhancement of Ni atoms mobility that allows for this transition to occur. Once the new morphology is attained, nucleation of graphenes is observed to start on the extended and carbon-enriched step-containing crystal planes. By reproducing these experiments in the atom-probe, a high surface concentration of carbon dimers and trimers was observed. A kinetic study of their formation was thus achieved and showed that they were formed on the surface by the recombination of Cad. Their potential role as building-blocks of the CNT growth process (which had previously been proposed following theoretical considerations) is thus suggested on the basis of experimental results for the first time.<p>Two critical surface concentrations are highlighted in the present work. The first one is needed for the formation of carbon dimers and trimers and the second one has to be attained, during the morphological transformation, before the onset of graphene nucleation, probably providing a sufficient growth rate of the graphitic nuclei and allowing them to attain their critical size before their decomposition.<p>Finally, the observation of rotational circular patterns, most probably related to carbon nanotubes, suggests that CNT growth (and not only graphene nucleation) occurred episodically in our conditions, confirming the validity of our model.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse traite de la modélisation et de la simulation des écoulements diphasiques transitoires eau-vapeur. Dans de nombreuses installations industrielles, des écoulements monophasiques d'eau liquide sont susceptibles de devenir diphasiques lors de certaines situations transitoires. La modélisation de ces écoulements peut s'avérer délicate car deux phénomènes physiques interagissant fortement entre eux, le changement de phase et la propagation d'ondes de pression, sont alors à prendre en compte. Une approche bifluide statistique, ne supposant aucun équilibre entre les phases, est utilisée afin de modéliser de tels écoulements. Les modèles obtenus sont de type convection-source et s'apparentent au modèle de Baer-Nunziato. Différentes lois de fermeture pour ces modèles sont comparées sur des cas expérimentaux de transitoires eau-vapeur tels que les coups de bélier et la dépressurisation d'une tuyauterie d'eau liquide suite à une rupture.La simulation numérique des différents modèles est effectuée grâce à une méthode à pas fractionnaires. Un nouveau schéma de convection, robuste et efficace, capable de gérer toute equation d'état est utilisé dans la première étape de cette méthode. La seconde étape est dédiée au traitement des termes sources et requiert différents schémas implicites. Une grande attention est accordée à la vérification de tous les schémas numériques utilisés grâce à des études de convergence. Une nouvelle modélisation du transfert de masse est également proposée, sur la base de travaux dédiés à la brusque dépressurisation d'eau liquide en approche homogène. La validation du modèle est effectuée grâce de nombreuses comparaisons calcul-expérience. / This thesis deals with the modelling and the computation of steam-water two-phase flows. Liquid water flows are involved in many industrial facilities and a second phase may appear in some transients situations. Thus, pressure wave propagation and mass transfer are physical phenomena that need to be properly included in the modelling of such two-phase flows. A statistical two-fluid approach is used, leading to models similar to the Baer-Nunziato one. They include both convective and source terms without any assumption on the equilibrium between phases. Different closure laws for such models are compared on steam-water transient experiments including water-hammers and fast depressurization of liquid water. The computation of the different models is based on a fractional step method. A new convective scheme, able to deal with any Equation Of State, is used in the first step of the method. When compared with other schemes, it appears to be accurate, efficient and very robust. The second step of the method is dedicated to the treatment of source terms and requires several implicit schemes. Particular attention is paid to the verification of every scheme involved in the method. Convergence studies are carried out on test-cases with analytical solutions to that purpose. Based on existing work on fast depressurization of liquid water in an homogeneous approach, a new formulation of the mass transfer is proposed. Many comparisons between computational and experimental results are detailled in order to validate the models.

Depuis quelques années, nous assistons à une prise de conscience croissante des effets à long terme des polluants chimiques sur l'environnement et la santé humaine. Il est donc nécessaire d'étudier non seulement leurs propriétés écotoxicologiques mais également leurs propriétés physicochimiques tels que la tension de vapeur (ou volatilité) et leur solubilité dans l'eau. L'Europe, quant à elle, a introduit la réglementation REACH (Registration, Evaluation and Autorisation of CHemicals) qui est entrée en vigueur le 1 juin 2007 dont le principal objectif est une meilleure connaissance des propriétés environnementales et sanitaires des substances chimiques. De même dans l’industrie, la détermination de la tension de vapeur des corps purs est une donnée indispensable pour les opérations de purification et de séparation. Dans ce but nous avons amélioré un appareil à saturation de gaz inerte existant au laboratoire. Une fois le bon fonctionnement de l’appareil vérifié (par mesure de la tension de vapeur d’un composé de référence : le phénanthrène) nous avons étudié des n-alcanes compris entre le C30 et le C60 ainsi que 8 hydrocarbures aromatiques polycycliques dans un large domaine de température (20 à 320 °C) et de pression (10-1 Pa à 10-7 Pa). Les résultats obtenus ont été comparés avec la littérature lorsque celle-ci est disponible. La détermination des tensions de vapeur de composés inorganiques d’intérêt industriel : tétrachlorure de Zirconium (ZrCl4) et le tétrachlorure d’hafnium (HfCl4) a été également entreprise. Les résultats expérimentaux des hydrocarbures polyaromatiques nous ont permis l’amélioration d’une équation d’état cubique (dérivée de celle de Peng-Robinson) dont les paramètres sont estimés par une méthode de contribution de groupes développée par Rauzy-Coniglio. Les tensions de vapeur prédites par le modèle sont en bon accord avec les valeurs expérimentales / For a few years, we have attended an increasing importance of the long-term effects of the chemical pollutants on the environment and human health. It is thus necessary to study not only their ecotoxicological properties but also their physico-chemical properties such as the vapor pressure (or volatility) and aqueous solubility. In Addition, the introduction of the regulation REACH (Registration, Evaluation and Authorization of CHemicals) in June 2007 whose main objective is a better knowledge of the environmental and medical properties of chemical substances has increased the necessity of compound characterization. From an industrial point of view, the determination of the vapor pressure of the pure substances is an essential data in many unit operations such as purification and separation. Thus, we improved an apparatus with saturation of inert gas existing at the laboratory. Once the good performance of the apparatus checked (by measurement of the vapor pressure of a reference compound: phenanthrene) we studied N-alkanes ranging between C30 and C60 and 8 polycyclic aromatic hydrocarbons in a broad temperature range (20 to 320°C) and of pressure (10-1 Pa with 10-7 Pa). The obtained results were compared with the literature when available. In addition, determination of the vapor pressure of inorganic compounds of industrial interest : zirconium tetrachloride (ZrCl4) and the hafnium tetrachloride (HfCl4) was also undertaken. The experimental results of polyaromatic hydrocarbons have allowed us to improve a cubic equation of state (derivative of Peng-Robinson EOS) whose parameters are estimated by a method of contribution of groups developed by Rauzy-Coniglio. The predicted vapor pressures were in good agreement with the experimental values