La croissance de la demande en produits pétroliers (essence et gazole), en particulier dans les pays développés, et la nature limitée des ressources pétrolières conduisent l’industrie pétrolière à s’intéresser de plus en plus à l’exploitation et la transformation des huiles lourdes et extra-lourdes. Leurs propriétés non conventionnelles du fait de leur forte composition en asphaltènes (particules définies comme l'ensemble de constituants insolubles dans le n-heptane et solubles dans le toluène) nécessitent la mise en oeuvre de procédés de plus en plus sophistiqués à toutes les étapes de leur exploitation et de leur production. Ces bruts, situés principalement au Canada et au Venezuela, sont caractérisés par leur forte viscosité de 1 à 55 Pa.s (1 000 cP à 55 000 cP), qui rend leur transport en surface impossible dans leur état naturel. Le développement de solutions technologiques nouvelles repose sur une meilleure connaissance des propriétés thermo- physiques et du comportement colloïdal de ces produits.Les méthodes de caractérisation expérimentale et de modélisation utilisées pour les bruts conventionnels sont inadaptées pour les bruts lourds et extra lourds. La caractérisation PVT des bruts lourds fait l’objet de nombreux travaux à l’heure actuelle. Les propriétés à déterminer sont les équilibres de phase et les propriétés thermo physiques des phases en équilibre. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectifs principaux le développement de méthodes expérimentales et de modèles adaptés aux bruts lourds et aux procédés de récupération envisagés pour ces bruts (production froide, injection de solvant VAPEX, injection de vapeur SAGD, etc...). / Due to increasing demand for fuel, in particular for developed countries, and the limited nature of reserves, petroleum industry is, and will, growing concerned by the heavy and and extra-heavy oil processing. The non-conventional properties of these oils (due to a high asphaltene composition) require specific engineering solutions during the different steps of their processing. These crudes, mainly localized in Canada and Venezuela, are characterized by their strong viscosity, from 1 up to 55 Pa.s, which makes their transport to earth surface impossible. The development of new technological solutions is based on a better knowledge of the thermophysical properties and the colloidal behavior of these products. The methods of experimental characterization and modelling used for the conventional crudes are unsuited for both heavy and extra heavy crudes. To date, characterization PVT of heavy crudes is the subject of numerous studies. The properties to be determined are balances of phase and thermophysical properties of the equilibrium cycles. In this context, the main objectives of this thesis are not only the development of experimental methods and models suitable for heavy crudes, but also the recovery processes envisaged for these crudes (cold production, VAPEX process, SAGD process, etc…).

Dans le cadre d’une réduction d’émission de gaz à effets de serre, la possibilité d’introduire une quantité de biodiesel dans les diesels dits « traditionnels », c’est-à-dire issus des énergies fossiles est une possibilité envisagée par les groupes pétroliers. Cependant, la connaissance des propriétés thermophysiques des fluides sous pression est mince, que ce soient des mélanges ou des corps purs, où peu de données expérimentales existent. Dans le cadre de cette thèse, une nouvelle sonde de mesures des propriétés acoustiques sous pression a été développée dans le but de réaliser des mesures de toutes les propriétés thermophysiques en utilisant un volume d’échantillon minimum grâce à la fois, à une technique de mesure de vitesse du son via l’utilisation de transducteurs piézoélectriques et de viscosité via l’utilisation de cristaux de quartz. Si cette thèse s’inscrit dans une démarche visant à travailler sur les biodiesels et leurs corps purs, la sonde développée au cours de ces trois ans est amenée à être expérimentée dans un avenir proche, sur des fluides directement issus de champs pétroliers et/ou de synthèses, sous pression afin de déterminer des propriétés thermophysiques mais également des équilibres de phase sous pression. / Key words : speed of sound, compressibility, density, viscosity, biodiesel, methyl and ethyl esters, pressure.In the context of reduction of exhaust gases, the possibility to introduce a quantity of biodiesel inside traditional diesel from fossils fuels is one of the step taken by petroleum societies. However, the knowledge of thermophysical properties of fluids is scant, for mixture and pure compounds, where few data exist. In this work, a new measurement probe under high pressure, has been developed in the aim to realize measurements of thermophysical properties using a minimum volume sample, thanks a technique of measurements of speed of sound using piezoelectric transducers and viscosity using quartz crystals. If this thesis is focused on the work on the biodiesels and their pure components, this probe will be experimented, in a near future, on fluids directly from oil fields and/or syntheses ones under pressure, in the aim to determine thermophysical properties but also phase equilibria.

Cette thèse présente une étude expérimentale de la transition de Mott dans V2O3 dopé au chrome par deux différentes techniques expérimentales entre la température ambiante à 500 K et sous pressions jusqu'à 6 kbar. La technique ultrasonore fournit une mesure directe de la compressibilité et a été utilisé pour estimer les effets de la réseau sur la transition de Mott. Nous avons été en mesure de mener la première étude systématique de l'influence des degrés de liberté du réseau sur la transition de Mott dans V2O3. On a vérifiée l'existence d'une température électronique critique Tel c qui diffère de l'ordre de 3% ou 4% par rapport à la température de transition effectivement observée Tc. L'observation du comportement du mode transverse de la vitesse du son a permis de conclure que la transition de Mott à haute température a lieu sans brisure de symétrie et le paramètre d'ordre est un scalaire. Dans la deuxième partie de la thèse l'évolution de coefficient du Seebeck a été étudiée dans les mêmes conditions expérimentales. Les études autour du point critique nous ont permis d'établir un diagramme de phase expérimentale. Nous avons montré que le changement de S à la transition est dominé par le changement de la résistivité plutôt que par le changement de la symétrie particule-trou. En conséquence, nous avons pu relier les lois d'échelle pour les paramètres critiques relatifs à la conductivité à nos données. Dans le voisinage de la transition nos données sont assez bien reproduites par les exposants de champ moyen observés dans les mesures de conductivité.

Entre la théorie de la musique et l'étude de la perception, il y a peu d'espace, dans la science Scolastique, consacré à la physique des sons. La mécanique aristotélicienne ne prévoit pas le mouvement sans transport de matière et cette lacune constitue un blocage. A partir du début du XVIIème siècle, de nombreux savants traitent le sujet, parfois dans des ouvrages entiers, souvent en quelques lignes. Le phénomène est invisible et fugitif, alors on invente des représentations. Parmi elles, la célèbre métaphore des ronds dans l'eau rencontre un succès certain, mais également le flux de corpuscules ou les rayons sonores. La rédaction de l'Encyclopédie est contemporaine de la mathématisation de la propagation des ondes, avec la modélisation par les cordes vibrantes. A travers une Histoire de l'Acoustique Physique, on entreprend ici l'étude de ces représentations et des controverses qu'elles suscitent parmi les différents courants de la pensée scientifique, de l'Antiquité aux Lumières.

Depuis 2005, il existe un intérêt important dans la communauté internationale de métrologiepour de nouvelles déterminations précises de la constante de Boltzmann kB ; lebut étant de redéfinir en 2015 l'unité internationale de température, le kelvin. Actuellement,cinq techniques sont utilisées pour déterminer kB avec comme objectif d'atteindreune incertitude relative inférieure à 1 × 10−6. La méthode retenue pour cette thèse est latechnique acoustique.La constante de Boltzmann est liée à la vitesse du son u dans un gaz parfait par l'équationdu viriel acoustique. La méthode décrite dans cette thèse consiste à mesurer u en utilisantun résonateur de forme quasi sphérique et de volume intérieur de 0,5 L, rempli d'argon.Ces mesures sont effectuées lors d'un isotherme à la température du point triple de l'eau,T = 273,16 K, pour des pressions statiques P allant de 0,05 MPa à 0,7 MPa. La constantede Boltzmann est ensuite déterminée en estimant u à pression nulle par une régressionpolynomiale.Dans cette thèse, un modèle de propagation des ondes acoustiques dans un résonateur quasisphérique est défini. Aussi, les moyens techniques utilisés pour contrôler soigneusement lesparamètres de l'expérience qui ont un effet sur les mesures de u (comme la température,la pression statique, la composition du gaz, etc) sont présentés. De nouvelles techniquesexpérimentales et des nouveaux moyens d'analyse des données sont proposés, comme lamesure du rayon du résonateur par spectroscopie électromagnétique, mais aussi l'utilisationde l'écart-type d'Allan comme un outil efficace pour étudier la présence d'impuretélors d'une expérience de longue durée. Les effets systématiques sont analysés puis corrigés.Pour certains, la correction est estimée grâce à un modèle analytique, comme l'effet lié auxcouches limites thermiques. Pour d'autres, des corrections basées sur des fonctions empiriquessont proposées ; c'est le cas pour l'effet du débit de gaz continu sur les mesures deu, effet qui est caractérisé expérimentalement dans cette thèse.Enfin, l'analyse des données acquises en 2009 au LCM/LNE-CNAM lors de deux isothermeseffectuées avec de l'argon est présentée. Celle-ci a permis d'obtenir la valeur kB =1, 3806475 (16) × 10−23 J * K−1, c'est à dire avec une incertitude relative de 1, 14 × 10−6.

Dans le cadre de la lutte pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les biocarburants présentent un potentiel intéressant, en raison notamment de leur bilan CO2 "du puits à la roue" souvent très bon. Ainsi de nombreux programmes sont mis en œuvre, notamment en Europe, pour le développement de nouveaux carburants, et de moteurs automobiles adaptés à ces derniers. La conception de ces derniers nécessite une bonne maîtrise du système d’injection qui doit être aussi parfait que possible. Une meilleure connaissance du comportement et des propriétés sous haute pression de ces biocarburants revêt un caractère important. Le projet français NADIABIO rentre dans ce cadre et a pour principal objectif une meilleure maîtrise de l'injection (de la propagation d'onde dans la ligne HP à l'auto inflammation et la combustion) et de l'impact des biodiesels via une analyse fine à la fois numérique et expérimentale. En effet, dans le domaine des hautes pressions, la détermination des propriétés thermophysiques comme la densité ou les coefficients de compressibilité, présente souvent des difficultés contrairement à la vitesse du son qui peut se mesurer d’une manière simple et directe. Des dispositifs expérimentaux permettant d’effectuer des mesures de vitesses ultrasonores et de densité ont été mis au point pendant ce travail de thèse. Ils ont permis de fournir des données expérimentales de vitesses ultrasonores (pour des pressions et températures allant respectivement de 0,1 à 250 MPa et de 263,15 à 423,15K) et de densité (pour des pressions et températures allant respectivement de 0,1 - 100 MPa et de 283,15 à 393,15K). La campagne de mesure a été effectuée sur 12 biodiesels et sur un ensemble de 7 corps purs (EMHV, EEHV) représentatifs des mélanges étudiés. Cependant, pour des raisons de confidentialité, seuls les résultats relatifs aux corps purs et au Normafluid sont accessibles dans ce mémoire. Parallèlement, dans le but de proposer des méthodes de calcul prédictifs, nous nous somme intéressés à une procédure de type « predictor corrector », à une méthode de contribution de groupes moléculaires ainsi qu’à la théorie des états correspondants. Ces techniques de modélisation ont permis de déduire d’autres propriétés thermophysiques comme les coefficients de compressibilité, sous le même domaine de pression et de température. / Within the politic changes for the reduction of greenhouse gas emissions, biofuels present an interesting potential because of their very well CO2 balance sheet. Numerous projects were engaged in Europe, for the development of new fuels and for the design of automobile engines adapted to these carburant. The conception of new engine requires specific systems of injection which must be perfectly designed. With this aim in mind thermophysical properties such as density and compressibility must be known with accuracy. The French project “NADIABIO” goes into this industrial issue and its main objective consist in a better control of the injection (wave distribution in the High Pressure line, during the automobile inflammation and combustion process) and the impact of biodiesels (FAME and synthetic materials) on the environment through fine numerical and experimental analyses. The direct measurement of the density or the coefficients of compressibility often presents difficulties under high pressure. It is therefore easier to determine it indirectly from the velocity of sound, which can be measured in a simple and direct way with a good accuracy. Therefore, experimental devices allowing to make measurements of ultrasound speeds and density were finalized during this work. Experimental data of ultrasound speeds (from 0,1 to 250 MPa and from 263,15 to 423,15 K) and of density (0,1 to 100 MPa and 283,15 to 403,15K) have been determined with good precision on 19 biodiesels (mixtures and synthetic products (FAME, FAEE)). However, for reasons of confidentiality, only the results relative to the synthetic products and to Normafluid appear in this report. At the same time, with the aim of proposing predictive methods, we are interested in the procedure like “predictor-corrector”, in the method contribution of molecular groups and to the theory of the corresponding states which allowed deducting the other thermophysical properties like the coefficients of compressibility as a function of temperature and pressure.

Depuis 2005, il existe un intérêt important dans la communauté internationale de métrologiepour de nouvelles déterminations précises de la constante de Boltzmann kB ; lebut étant de redéfinir en 2015 l’unité internationale de température, le kelvin. Actuellement,cinq techniques sont utilisées pour déterminer kB avec comme objectif d’atteindreune incertitude relative inférieure à 1 × 10−6. La méthode retenue pour cette thèse est latechnique acoustique.La constante de Boltzmann est liée à la vitesse du son u dans un gaz parfait par l’équationdu viriel acoustique. La méthode décrite dans cette thèse consiste à mesurer u en utilisantun résonateur de forme quasi sphérique et de volume intérieur de 0,5 L, rempli d’argon.Ces mesures sont effectuées lors d’un isotherme à la température du point triple de l’eau,T = 273,16 K, pour des pressions statiques P allant de 0,05 MPa à 0,7 MPa. La constantede Boltzmann est ensuite déterminée en estimant u à pression nulle par une régressionpolynomiale.Dans cette thèse, un modèle de propagation des ondes acoustiques dans un résonateur quasisphérique est défini. Aussi, les moyens techniques utilisés pour contrôler soigneusement lesparamètres de l’expérience qui ont un effet sur les mesures de u (comme la température,la pression statique, la composition du gaz, etc) sont présentés. De nouvelles techniquesexpérimentales et des nouveaux moyens d’analyse des données sont proposés, comme lamesure du rayon du résonateur par spectroscopie électromagnétique, mais aussi l’utilisationde l’écart-type d’Allan comme un outil efficace pour étudier la présence d’impuretélors d’une expérience de longue durée. Les effets systématiques sont analysés puis corrigés.Pour certains, la correction est estimée grâce à un modèle analytique, comme l’effet lié auxcouches limites thermiques. Pour d’autres, des corrections basées sur des fonctions empiriquessont proposées ; c’est le cas pour l’effet du débit de gaz continu sur les mesures deu, effet qui est caractérisé expérimentalement dans cette thèse.Enfin, l’analyse des données acquises en 2009 au LCM/LNE-CNAM lors de deux isothermeseffectuées avec de l’argon est présentée. Celle-ci a permis d’obtenir la valeur kB =1, 3806475 (16) × 10−23 J · K−1, c’est à dire avec une incertitude relative de 1, 14 × 10−6. / Since 2005, there is an important interest in the international metrology community fornew accurate determinations of the Boltzmann constant kB ; the purpose is to redefine in2015 the unit of thermodynamic temperature, the kelvin. Currently, five techniques areimplemented for determining kB with the objective to achieve a relative uncertainty below1 × 10−6. The method used in the present work is based on acoustic measurements.The Boltzmann constant is linked to the speed of sound u in a noble gas by the virial acousticalequation. The method described here consists in measuring u inside a quasi-sphericalacoustic resonator of inner volume of 0.5 L filled with argon. Measurements are performedduring an isotherm process at the temperature of the triple point of water, T = 273.16 K,at static pressures P from 0.05 MPa to 0.7 MPa. The Boltzmann constant is then determinedby estimating u at zero pressure limit with a polynomial regression.In the present work an acoustic wave propagation model within a quasi-spherical resonatoris defined. Also, the technical means used to carefully control the parameters of theexperiment with an effect on the measurement of u (like temperature, static pressure, gascomposition, etc.) are presented. New exprimental methods and data analyses are described,like the measurement of the radius of the resonator by electromagnetic spectroscopy,as well as the use of the Allan deviation as an efficient tool to study the gas impuritypresence during a long-term experience. Systematic effects are analyzed and corrected. Insome cases the corrections are based on analytical models like the thermal layer boundaryeffect. In other cases, empirical correction functions are proposed, as for the case of changesin the measurements of u related to the continuous gas flow, which was experimentally characterizedin the present work.Finally, the analysis of the data acquiered in 2009 at LCM/LNE-CNAM during two isothermprocesses using argon is presented. This leads to the value kB = 1.3806475 (16) ×10−23 J · K−1, i.e. with a relative uncertainty of 1.14 × 10−6.