Ce document présente une synthèse d'une dizaine de recherches sur les garnitures mécaniques. Ce sont des composant d'étanchéité dynamique pour arbres tournants. L'interface de l'étanchéité met en jeu de nombreux phénomènes physiques qui interagissent. Une analyse de ces différents effets et interactions est proposée

Cette HDR, présente les travaux de simulation et de modélisation de la combustion turbulente des écoulements diphasiques. la simulation numérique directe est la base de ces travaux. Un code de DNS a été couplé avec un solveur Lagrangien pour décrire une phase liquide dispersé s'évaporant dans le domaine. Tous les aspects présents dans les chambres de combustion sont abordés : dispersion, évaporation, mélange et combustion.

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La démarche de conception et de sûreté du réacteur ASTRID, démonstrateur de Réacteur à Neutrons Rapides refroidi au Sodium, implique la modélisation de scénarios d’accidents graves qui font intervenir une fusion du cœur du réacteur. L’objectif de la thèse, en soutien à cette modélisation, est de contribuer à l’identification des processus susceptibles de faire bifurquer un scénario d’accident grave. Deux phases d’un scénario sont traitées pour cela. Tout d’abord, le début d’une séquence de perte de débit primaire non protégée est analysé à l’aide d’un critère analytique développé pendant la thèse, visant à prédire la bifurcation de la décroissance du débit vers un état stabilisé ou bien vers un état instable, menant à la dégradation du cœur. Ce nouveau critère, qui présente l’intérêt de tenir compte de l’effet de l’évolution de la puissance sur la stabilité du débit, est vérifié à l’aide d’un outil de calcul dédié aux accidents de perte de débit non protégés. Dans un second temps, les processus prépondérants impliqués dans une vaporisation de combustible liquide suivie d’une détente de sa vapeur, consécutives à une excursion de puissance accidentelle, sont identifiés via une analyse dimensionnelle. En reprenant les résultats de cette analyse, un outil de calcul est par la suite développé, dont l’objet est de déterminer l’énergie mécanique transmise à la cuve du réacteur lors de la détente. La question du transfert thermique entre la vapeur de combustible se détendant et le caloporteur est particulièrement étudiée. Cet outil est validé via une comparaison à des résultats expérimentaux et à des résultats de calculs issus d’un autre code. Des études paramétriques permettent enfin de quantifier la variabilité des résultats due au choix de modélisation et aux incertitudes sur les données physiques employées. / Severe accidents’ modeling is required for the design and safety analysis of ASTRID, a Generation IV Sodium-cooled Fast Reactor under development in France. This thesis aims at contributing to identify the driving processes of ASTRID’s severe accidents scenarios. First, a stability criterion is developed to analyze the beginning of an unprotected loss of flow accident. This stability criterion assesses whether the decreasing flow is stable or unstable, leading to the core disassembly. This criterion also considers power variations during the loss of flow, which former stability criteria do not take into account. Then, the driving processes of a transient involving a fuel vaporisation followed by its vapor expansion are identified using a dimensional analysis. The simplifications justified by this dimensional analysis are considered further to develop a numerical tool that computes the mechanical energy transmitted to the core vessel in case of fuel vaporisation. The thermal exchange between the expanding fuel vapor and the sodium coolant is especially analyzed. The tool is validated by comparing its results to experimental measures and to another tool’s computations. In the end, parametric studies are done in order to assess the tool computations’ variability induced by physical uncertainties or modeling options.

Le développement de différentes formes colloïdales pour la thérapie et le diagnostic médical ultrasonore connait un intérêt croissant depuis de nombreuses années. En particulier, les microbulles de perfluorocarbone (PFC) sont des agents de contraste intéressants, car le gaz est un puissant réflecteur des ultrasons. Plus récemment, les gouttelettes de PFC ont été proposées pour de nouvelles applications acoustiques. Suite à une impulsion acoustique, les ultrasons induisent un changement de phase de l’état liquide à l’état gazeux. Ce phénomène est appelé la vaporisation acoustique de gouttelettes. Parallèlement à l’étude de nouvelles applications, le développement de nouvelles techniques de préparation offrant un meilleur contrôle lors de la production, reste un enjeu primordial. Ainsi, de nouvelles méthodes de préparation basées sur des dispositifs membranaires semblent être particulièrement intéressantes. L’objectif de la thèse porte donc sur le développement de nouvelles techniques à membrane pour la formulation de microbulles et de microgouttelettes de taille contrôlée pour des applications en imagerie et thérapie ultrasonore. Dans ce travail, l’émulsification membranaire directe avec un module membranaire de type cross-flow a été utilisé pour la préparation de microbulles stabilisées par des tensioactifs solubles, tandis qu’un module de type microkit a permis l’obtention de microbulles stabilisées par des phospholipides. Dans un second temps, l’émulsification membranaire par prémix a permis de formuler des microgouttelettes de PFC monodispersées. Pour les différentes formes colloïdales préparées, nous avons observé l’influence des paramètres du procédé (pression, débit et contrainte de cisaillement), des paramètres de formulation (molécules stabilisatrices, type de PFC de la phase dispersée) et des paramètres de la membrane (taille des pores) sur la formation des microbulles/ microgouttelettes. Par la suite, la caractérisation acoustique des microbulles/microgouttelettes a montré que ces systèmes présentent les propriétés nécessaires pour être utilisés comme agents de contraste ultrasonores / The development of various colloidal forms for therapy and diagnosis in ultrasound medical present a great interest for many years. In particular, microbubbles of perfluorocarbon (PFC) are interesting as contrast agents because the gas is a high ultrasound reflector. More recently, PFC droplets have been proposed for news acoustic applications. Indeed, after an acoustic pulse, the ultrasound waves induce a phase change from the liquid state to the gaseous state. This phenomenon is called the acoustic vaporization of droplets. In parallel with the study of new applications, the development of new process offering a better control during production, remains a key issue.Thus, the preparation using news methods based on membrane devices seem to be particularly interesting. The aim of the thesis is the development of new membrane process for the formulation of microbubbles and droplets with a size controlled for ultrasound applications in imaging and therapy. In this work, the direct membrane emulsification with a cross-flow membrane module was used for the preparation of microbubbles stabilized by soluble surfactants, while a microkit module allowed to obtain microbubbles stabilized by phospholipids. In a second step, the membrane emulsification by premix allowed to formulate monodispersed droplets of PFC. For the various colloidal forms prepared, we observed the influence of the process parameters (pressure, flow rate and shear stress), the formulation parameters (surfactants, type of PFC of the dispersed phase) and the membrane parameters (pore size) on the formation of microbubbles/droplets. Subsequently, the acoustic characterization of microbubbles/droplets has shown that these systems have the properties to be used as ultrasonic contrast agents

Parmi les systèmes dédiés à l’analyse directe des solides, la vaporisation électrothermique occupe une place de choix. Elle offre plusieurs avantages. Le temps de préparation des échantillons est considérablement réduit. Il n’y a pas de dilution induite par la minéralisation et les risques de pertes ou de contaminations durant cette étape sont éliminés. Son principe de fonctionnement consiste à transformer, par chauffage, quelques milligrammes d’échantillon en un aérosol, qui est ensuite transporté dans un spectromètre d’émission atomique par plasma à couplage inductif, où la composition élémentaire est mesurée. Une première étude fondamentale a permis de mieux comprendre la dynamique de l’aérosol formé et de définir les meilleures conditions opératoires. L’utilisation de cette technique pour la détermination élémentaire dans les végétaux a présenté cependant des difficultés supplémentaires : difficulté d’étalonnage, effets de matrice et grandes variabilités sur les concentrations mesurées. L’utilisation d’un support de cellulose pour les solutions étalons a permis d’harmoniser les conditions de formation de l’aérosol pour l’échantillon et pour l’étalon, et d’obtenir ainsi des résultats justes. Les effets de matrices ont pu être considérablement réduits par une calcination préalable des échantillons. Le manque de précision des mesures, causée par le manque d’homogénéité des échantillons, a pu être limitée en de réduisant significativement la taille des particules solides. Ces résultats obtenus sur des poudres ont permis d’autres applications comme l’analyse d’échantillons entiers ou la cartographie de la composition chimique d’organes végétaux. / Among the systems dedicated to the direct analysis of the solids, electrothermal vaporization takes up a place of choice. It offers several advantages. The preparation time of the samples is considerably reduced. There is no dilution induced by the digestion and the risks of losses or contaminations during this stage are eliminated. Its functioning consists to convert, by heating, a few milligrams of sample into an aerosol which is then transported in an inductively coupled plasma atomic emission spectrometer, where the elemental composition of the sample is determinate. A first fundamental study allowed to better understand the dynamics of the formed aerosol and to define the best operating conditions. However, the use of this technique to determine the elemental composition of solid plant samples presented additional difficulties: difficulty of calibration, matrix effects and important imprecision on the measured concentrations. The use of a cellulose support for the standard solutions allowed to harmonize the formation of the aerosol between the sample and the standard, and to obtain accurate results. The matrix effects can be considerably reduced by a preliminary dry-ashing of the samples. The variability of measurements, caused by the lack of homogeneity of the samples, was limited by reducing significantly the size of the solid particles. These results, obtained on powders, allowed other applications as the analysis of whole plant samples or the imaging of the chemical composition of plant organs.

La spectrométrie de masse haute température a été utilisée pour analyser les vapeurs simulant la réaction entre l'iode et les produits de fissions issus d'un accident grave de réacteur nucléaire à eau pressurisée. Deux voies principales ont été explorées, -(i) l'analyse thermodynamique des processus de vaporisation de CsOH, CsI et des mélanges CsI-CsOH. - (ii) la conception d'un réacteur spécifique pour l'analyse de la cinétique de recombinaison d'atomes pour former des molécules stables. La présente étude a confirmé l'existence de la molécule mixte Cs2IOH(g). Les pressions de vapeurs CsOH(g), Cs2O2H2(g) et Cs2IOH(g) ont été déterminées. Les paramètres moléculaires de la molécule mixte ont été estimés sur la base des dimères purs Cs2O2H2(g) and Cs2I2(g) et l'enthalpie de formation proposée. L'acquisition de données cinétiques nécessite un réacteur dédié dont la conception est présentée dans ce travail ainsi que les tests de qualifications associés.

L'étude de la vaporisation et de la décomposition thermique du PDMAT sous vide a été réalisée par spectrométrie de masse avec cellule d'effusion et cellules tandem respectivement. La conception et la validation du réacteur, spécifique à l'étude par spectrométrie de masse des molécules organométalliques très réactives au contact de l'air, réalisé au cours de cette thèse, sont exposées. En parallèle des premiers dépôts ALD de TaN à partir de PDMAT et NH3 ont été réalisés sur le réacteur ALD en cours d'optimisation et caractérisés par microscopie électronique et XPS. La confrontation de ces deux résultats permet de proposer des schémas de réactions se produisant lors du dépôt de TaN dans un réacteur ALD et de déterminer les propriétés structurales et thermodynamiques des molécules identifiées. Ces données sont utilisées dans différentes approches de modélisations thermodynamiques du procédé de croissance à partir de la phase gazeuse.

Ce travail se situant dans le cadre du Groupement de Recherche « Combustion dans les moteurs-fusées » unissant le CNES, le CNRS, l'ONÉRA et la SNECMA concerne l'étude de l'atomisation secondaire et de la vaporisation turbulente pour la combustion des brouillards. L'objectif principal de cette étude est de fournir des modèles fiables pour les codes de calcul, reproduisant fidèlement les processus élémentaires de la combustion cryogénique dans les moteurs-fusées.<br />Ces modèles sont issus d'études expérimentales précédentes du LCSR, ayant permis d'établir des bases de données.<br />Les calculs sont basés sur la simulation du banc d'essai MASCOTTE (Montage Autonome Simplifié pour la Cryocombustion dans l'Oxygène et Toutes Techniques Expérimentales) de l'ONERA. Les résultats montrent d'une part l'influence de l'atomisation sur la structure du brouillard et de la flamme. D'autre part, les simulations de la vaporisation turbulente mettent en évidence l'influence de la turbulence sur les propriétés des gouttes.

La vaporisation explosive, ou flashing, par dépressurisation rapide du C6F14 au travers d'une vanne à boisseau sphérique est analysée expérimentalement sur une grande plage de surchauffe. Les visualisations rapides montrent un jet s'ouvrant très largement en aval, preuve de l'existence d'un fort gradient de pression. Des mesures locales par sonde optique et par vélocimétrie phase Doppler ont permis de caractériser tailles, vitesses, concentration et flux numérique des gouttes en fonction de la surchauffe. La faible influence du degré de surchauffe sur la remontée en pression et sur les tailles et flux de gouttes suggère que le champ de pression s'adapte, et que par conséquent le liquide est soumis à une surchauffe locale bien plus faible que la surchauffe globale imposée. Différents scenarii sont discutés pour expliquer les observations, dont le fait que les tailles de gouttes sont peu sensibles à la surchauffe. Celui basé sur l'existence d'un front d'ébullition est le plus probable.