Dissertations / Theses: 'Matériaux poreux – Stabilité'

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Sahli, Ali. "Une analyse de la stabilité de l'ébullition en milieux poreux." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2001. http://www.theses.fr/2001INPL584N.

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Abstract:

Ce travail est consacré au problème de l'ébullition d'un liquide dans un milieu poreux. La situation retenue est celle d'une colonne poreuse initialement saturée par le liquide (eau), chauffée par le bas avec une densité de flux de chaleur constante et refroidie par le haut à une température constante inférieure à la température d'ébullition du liquide. L'extrémité inférieure de la colonne est imperméable tandis que l'extrémité supérieure, perméable, est maintenue saturée par le liquide à pression atmosphérique. Cette configuration offre la possibilité d'obtenir, en régime permanent, une zone saturée de liquide au sommet de la colonne recouvrant une zone de mélange liquide-vapeur demeurant au voisinage de la température d'ébullition du fluide. Pour les flux de chaleur élevés une couche saturée de vapeur sèche peut apparaître en dessous de cette zone diphasique au contact de la plaque chaude. Cette structuration du milieu est partiellement instable puisque le gradient de densité est orienté en sens opposé à la gravité. Après avoir rappelé l'état de l'art concernant ce sujet, nous donnons quelques résultats expérimentaux relatifs à des essais d'ébullition d'eau dans des empilements de billes de verre. Il est montré que des régimes stables et d'autres instables peuvent être obtenus suivant l'intensité du chauffage par le bas. A partir de là, nous développons une analyse théorique concernant d'abord la stabilité d'une zone liquide recouvrant une zone vapeur puis celle, plus conforme à notre problème, d'une zone liquide recouvrant une zone diphasique. Les rôles respectifs de l'instabilité gravitationnelle, de la convection naturelle et du déplacement du front de condensation sont soigneusement analysés. Afin de mieux prendre en compte les conditions expérimentales, l'influence du confinement latéral est également traité.

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Vandenbussche, Cédric. "Stabilité des strucutres en géotechnique : approche micro-macro et charges limites." Chambéry, 2006. http://www.theses.fr/2006CHAMS042.

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Abstract:

Cette thèse consiste en l'étude de l'influence de la porosité sur le comportement plastique des matériaux type sol poreux et surtout sur la présence de points anguleux sur leur tracé de critère. Le matériau étudié, rigide parfaitement plastique, présente des cavités cylindriques ou sphériques disposées aléatoirement. Il sera appelé dans la suite « Coulomb poreux », la matrice répondant au critère de Coulomb. Nous adopterons pour l'étudier le modèle proposé par Gurson. Comme il l'avait fait dans son travail de 77, nous utiliserons les deux approches de l'analyse limite pour en déduire le critère de plasticité du matériau étudié. L'équivalence entre le matériau réel et homogénéisé est obtenue par la méthode des moyennes selon la technique de Kerner, Hashin-Rosen ou Hashin en élasticité. Pour chaque approche, le problème d'optimisation résultant est non linéaire. Plusieurs méthodes sont alors exposées. La technique de linéarisation classique, Piece-Wiese Linearization, et celle proposée récemment par Ben-Tal et Nemirovski aboutissent toutes deux à un problème d'optimisation linéaire. Récemment sont apparus des codes d'optimisation conique du second ordre tels que Mosek. Une grande part de cette thèse à consisté à mettre les problèmes d'analyse limite relatifs au matériau de Coulomb sous forme d'optimisation conique, en déformation plane, en déformation plane généralisée et en symétrie de révolution. Les applications ont consisté à déterminer le critère de plasticité du matériau de « Coulomb poreux » dans le cas des cavités cylindriques et sphériques. Les résultats obtenus sont enfin comparés à différents critères analytiques tels que Drucker-Prager, Cam Clay et Jeong et Pan
This thesis consists on a study of the influence of the porosity on the plastic behavior of porous soil materials and on the presence of angular points on the layout those criterions. The studied material, rigid perfectly plastic, present cylindrical or spherical cavities randomly. It will be called in the continuation "porous Coulomb", the matrix answering the criterion of Coulomb. We will adopt to study it the model suggested by Gurson, As had done it Gurson in its work of '77, we will use the two approach of limit analysis to deduce the criterion from it from plasticity of studied material. The equivalence between real and homogenized material is obtained by the method of the averages according to the technique of type Kerner, Hashin-Rosen or Hashin in elasticity. For each approaches, the resulting problem of optimization is nonlinear. Several methods are exposed. Traditional technique of linearization, Piece- Wiese Linearization, and that proposed recently by Ben-Tal and Nemirovski lead both to a problem of linear optimization. Recently still appeared codes of conical optimization of the second order such Mosek. A great part of this thesis thus consisted in putting the limiting analysis problems relating to material of Coulomb in the form of conical optimization, in plane strain, in generalized plane strain, and in symmetry of revolution. The applications consist in determining the criterion of plasticity of material of "porous Coulomb" in the case of cylindrical or spherical cavities. The results obtained are finally compared with various analytical criteria such as Drucker-Prager, Cam Clay and Jeong and Pan

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Girard, Stéphanie. "Simulation numérique de matériaux microporeux : structure, stabilité, design et prédiction." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2001. http://www.theses.fr/2001VERS012V.

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Abstract:

Ce mémoire traite des contributions possibles de quelques techniques de simulations numériques à l'étude de matériaux microporeux. Après un premier chapitre d'introduction au sujet, le deuxième chapitre bibliographique présente l'évolution de la synthèse et de la structure des matériaux à charpente ouverte depuis les premières zéolithes jusqu'aux composés à très larges pores synthétisés actuellement, et évoque certaines de leurs applications. Le troisième chapitre bibliographique présente quelques-unes des principales méthodes utilisées en simulation. Les deux axes principaux qui y sont décrits sont les méthodes quantiques d'une part et les méthodes dites de champ de force d'autre part. Quelques applications spécifiques de ces méthodes sont également données. Le quatrième chapitre présente la mise en place d'une nouvelle méthode de prédiction par minimisation d'énergie de la forme calcinée d'un aluminophosphate à partire de la connaissance de sa stucture brute de synthèse. Après une brève présentation de son fonctionnement, la méthode est validée sur trois composés différents avant d'être appliquée dans un but prospectif à d'autres aluminophosphates. Le cinquième chapitre présente le développement d'un champ de force pour l'étude des gallophosphates fluorés, par affinement empirique d'après la structure et les propriétés de GaPO4-quartz et de Ga-KTP. De plus, la transférabilité du champ de force est testée par la minimisation de gallosicates et de gallophosphates de type zéolithique. Le sixième chapitre présente l'étude en termes d'énergie et de structure de la calcination d'une série de gallophosphates tridimensionnels bruts de synthèse grâce à la méthode de simulation et au champl de force présentés dans les deux précédents chapitres. Enfin, dans le dernier chapitre, nous utilisons une méthode de simulation numérique récemment développée à l'Institut Lavoisier, la méthode AASBU, pour prédire de nouvelles architectures inorganiques. Après un bref état de l'art danc ce domaine, la méthode AASBU est présentée en détail. Puis sont présentés les résultats obtenus pour des études à caractère topologique dans un premier temps, et pour la recherche de nouvelles topologies zéolithiques dans un second temps
This dissertation deals with the possible contributions of some simulation techniques to the study of microporous materials. After a short introductory chapter, the second bibliographic chapter presents the evolution of the syntheses and structures of open-framework materials from the first zeolites to the very large pore compounds synthesized nowadays. It also briefly gives a few examples of their applications. The third bibliographic chapter presents some among the most important methods employed in simulation. The two main axes, which are described here, are the quantum mechanical methods on the one hand and the forcefield methods on the other hand. Some specific applications of these methods are also given. The fourth chapter presents the settings of a new method which aims at predicting the calcined form of a aluminophosphate, using energy minimizations and starting from the knowledge of its as-synthesized structure. After a bief description of the method itself, it is validated on three different compounds before being applied on other aluminophosphates. The fifth chapter presents the development of a forcefield devoted to the sutdy of fluorinated gallophosphates, by empirical fitting against the structure and properties of GaPO4-quartz and Ga-KTP. Besides, the transferability of the forcefield is tested through the optimization of gallosilicates and zeotype gallophosphates. The sixth chapter presents the study of the structures and energetics of a series of as-synthesized tridimensional gallophosphates upon calcination using the simulation approach and the forcefield presented in the last two chapters. Finally, in the last part, we use a numerical simulation method, the AASBU method, which was recently developed at the Institut Lavoisier, in order to predict new inorganic architectures. After a bief review of the so-far existing methods, the AASBU method is presented in details. Then we present our results concerning topological studies at first and subsequently the search of new zeolitic topologies

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Haffner, Benjamin. "Stabilité des suspensions fortement aérées." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1095/document.

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Abstract:

Nous étudions le drainage des mousses de suspension granulaire. Nos paramètres de contrôle sont : la fraction en gaz, la taille des bulles, celle des particules et la fraction volumique de celles-ci dans la phase interstitielle. En premier lieu, nous mesurons la proportion de liquide et de particules retenus dans le réseau de la mousse en fonction des paramètres cités précédemment. Ces mesures réalisées une fois le drainage terminé apportent des éléments de compréhension indispensables à la description des vitesses de drainage. Nous montrons également que certaines combinaisons de nos paramètres d'étude conduisent au blocage du système gaz, liquide, solide. Dans un second temps, nous avons identifié différents régimes de cinétique de drainage, nous montrons qu'ils sont contrôlés par deux paramètres : (i) le rapport lambda de la taille des particules et de la taille des constrictions du réseau, (ii) la fraction en particules dans la phase interstitielle phi. Le point clé pour comprendre ces régimes est le piégeage des particules dans la mousse qui peut avoir deux origines : (i) par piégeage collectif (jamming) qui peut survenir pour des fractions étonnamment basses à cause de la géométrie du réseau interstitiel, (ii) la capture individuelle des particules par la mousse lorsque leur taille devient supérieure à celle des constrictions du réseau interstitiel. Des particules encore plus grosses sont exclues du réseau et participent à une remontée de la vitesse de drainage, faisant apparaître un minimum pour le régime correspondant à la capture individuelle. La fraction granulaire de la phase interstitielle est aussi essentielle, le drainage pouvant être stoppé pour des fractions suffisamment élevées lorsque lambda est judicieusement choisi. Ce travail propose des pistes prometteuses pour la stabilité des matériaux triphasiques
We study the drainage of granular suspensions foams. Our control parameters are the gas fraction, the bubble size, the particles size and the interstitial particle fraction. First, we measure the proportion of liquid and particles retained in the foam network as function of the above mentioned parameters. These measurements are performed when the drainage is over, they are essential for the description of drainage velocity. We show that certain combinations of our study parameters lead to the jamming of the three-phase system : gas, liquid, solid. Secondly, we highlight different regimes of drainage velocity, we show that is controlled by two parameters : (i) lambda, the ratio of the particle size and constriction size, (ii) the fraction of particles in the interstitial network : phi. The key to understand these regimes is the trapping of particles in the foam : (i) the jamming, which may occur for surprisingly low fractions due to the geometry of the pore network, (ii) the particles captured by the foam network when they become larger than the constrictions network. Finally, larger particles excluded from the network increase the drainage velocity, as a consequence the minimum for the velocity corresponds to the individual capture. The granular fraction of the suspension in the foam network is the other key parameter. Especially, the drainage can be stopped for sufficiently high fractions for certain values of lambda. This work offers promising outlook for the stability of three-phase materials

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Naderi, Pooya. "Études numérique et analytique des instabilités dues à la convection mixte d'un fluide viscoélastique saturant une couche poreuse chauffée par le bas." Electronic Thesis or Diss., Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0063.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est d'étudier théoriquement et numériquement les instabilités susceptibles de se développer dans un massif poreux ouvert horizontalement, soumis simultanément à un gradient vertical de température et à un écoulement horizontal de débit non nul. Comme c'est un milieu ouvert, la théorie linéaire de stabilité doit distinguer le régime des paramètres où l'instabilité est de nature, soit convective ou absolue. Lorsque l'instabilité est convective, celle-ci peut se développer et s'amplifier spatialement, mais finit par quitter le massif poreux et l'état de conduction est retrouvé. En revanche, lorsque le système est dans un régime d'instabilité absolue, le paquet d'onde, généré suite à une impulsion localisée spatialement, se propage aussi bien dans le sens de l'écoulement que dans le sens contraire. Il s'en suit une instabilité globale dont il convient d'en définir les caractéristiques en fonction des paramètres du problème. Ces derniers sont, en plus du nombre de Rayleigh de filtration, le nombre de Péclet (Pe) qui mesure l'intensité de l'écoulement imposé, le temps de relaxation ( ) qui mesure le degré de l'élasticité du fluide et le rapport Γ entre la viscosité du solvant à la viscosité totale de la solution qui intègre la présence de polymères. Deux approches de stabilité linéaires, l'une temporelle et l'autre spatio-temporelle ont permis de montrer rigoureusement, que parmi les modes instables, le mode le plus amplifié correspond à des ondes progressives se propageant dans la direction de l'écoulement. Pour ce mode, nous avons déterminé et discuté l'influence des paramètres Pe, ( ) et Γ et sur la naissance des deux types d'instabilités. La dépendance de la fréquence d'oscillation de ce mode ainsi que son nombre d'onde vis-à-vis des paramètres du problème a été déterminée dans la région où l'instabilité absolue est pleinement développée aussi bien pour les solutions diluées que celles concentrées en polymères. Ensuite des simulations numériques directes bidimensionnelles de ce problème, basées sur la méthode des différences finies, ont été conduites. Les résultats numériques montrent que, bien que le système soit instable, la solution observée dans le régime convectivement instable, est celle de la conduction. En revanche, lorsque le système devient absolument instable, un mode global s'établit, formé par des structures convectives pleinement développées et oscillantes avec une fréquence bien définie, dans la partie du massif poreux proche de la sortie. Ces structures convectives sont reliées par un front à l'état de conduction dans la partie du massif poreux proche de l'entrée. La comparaison entre la théorie de l'instabilité absolue et les résultats numériques montre une très bonne capacité de cette théorie à prédire la fréquence d'oscillation de ce mode global et le nombre de Rayleigh nécessaire à son apparition. Des lois d'échelle sont trouvées pour l'intensité de ces mouvements convectifs et de la position du front observé. Les transferts de chaleur ont été déterminés et discutés en fonction des paramètres du problème
The goal of this thesis is to study theoretically and numerically the instabilities likely to develop in a horizontally open porous mass, subjected simultaneously to a vertical temperature gradient and to a horizontal filtration flow. As it is an open environment, the linear stability theory must distinguish between the regime of parameters where the instability is of either convective or absolute nature. When the instability is convective, it can develop and amplify spatially, but ends up leaving the porous mass and the state of conduction is found. On the other hand, when the system is in a regime of absolute instability, the wave packet, generated following a spatially localized pulse, propagates both in the direction of flow and in the opposite direction. It follows a global instability whose characteristics should be defined according to the parameters of the problem. The latter are, in addition to the Rayleigh number, the Péclet number (Pe) which measures the intensity of the imposed flow, the relaxation time ( ) which measures the degree of elasticity of the fluid and the ratio Γ between the viscosity of the solvent and the total viscosity of the solution which integrates the presence of polymers. Two linear stability approaches, one temporal and the other spatio-temporal, made it possible to show rigorously that among the unstable modes, the most amplified mode corresponds to progressive waves propagating in the direction of flow. For this mode, we have determined and discussed the influence of the parameters Pe, ( ) and Γ on the birth of the two types of instabilities. The dependence of the oscillation frequency of this mode as well as its wave number with respect to the parameters of the problem has been determined in the region where the absolute instability is fully developed for both dilute and concentrated solutions in polymers. Then two-dimensional direct numerical simulations of this problem based on the finite difference method were conducted. The numerical results show that, although the system is unstable, the solution observed in the convectively unstable regime is that of conduction. On the other hand, when the system becomes absolutely unstable, a global mode is established, formed by convective structures fully developed and oscillating with a well-defined frequency, in the part of the porous mass close to the exit. These convective structures are connected by a front to the conduction state in the portion of the porous mass near the inlet. The comparison between the theory of absolute instability and the numerical results shows a very good capacity of this theory to predict the oscillation frequency of this global mode and the Rayleigh number necessary for its appearance. Scale laws are found for the intensity of these convective motions and the position of the observed front line between conduction and convection. Heat transfers were determined and discussed according to the parameters of the problem

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Chahtour, Cyrine. "Convection magnétohydrodynamique dans un fluide non-newtonien saturant un milieu poreux." Thesis, Amiens, 2018. http://www.theses.fr/2018AMIE0029/document.

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Abstract:

Le travail de la thèse est consacré à une étude analytique et numérique de l'instabilité thermique dans une cavité poreuse horizontale saturée par un fluide non-newtonien. Un champ magnétique externe, uniforme et constant est appliqué parallèlement à la gravité. Dans cette étude, nous avons envisagé deux types de conditions aux frontières aux parois actives de la cavité, les conditions aux frontières thermiques de type Neumann et de type Dirichlet. De plus, un modèle rhéologique de type loi en puissance a été utilisé pour modéliser le comportement non-newtonien du fluide. Nous avons résolu les équations non linéaires complètes en utilisant deux codes de calcul numériques, l'un est basé sur la méthode des différences finies et l'autre sur la méthode des volumes finis. Par ailleurs, une solution analytique, basée sur l’approximation de l'écoulement parallèle, a été développée dans le cas de cavités minces (A>>1) soumises à un flux de chaleur constant. Nous avons utilisé l'analyse de stabilité linéaire pour prédire l'apparition des mouvements convectifs. Les résultats obtenus ont montré que la présence du champ magnétique modifie les résultats des travaux antérieurs concernant les fluides newtoniens et non newtoniens de type loi de puissance. Par ailleurs, pour des champs magnétiques très élevés, il a été montré que la dissipation d'énergie par effet Joule domine la dissipation d'énergie par contrainte de cisaillement et confère au fluide un caractère non visqueux
The work of the thesis is devoted to an analytical and numerical study of thermal instability in a horizontal porous cavity saturated by a non-Newtonian fluid. An external magnetic field, uniform and constant is applied parallel to the gravity. In this study, we considered two types of boundary conditions at the active walls of the cavity, the thermal boundary conditions of Neumann type and Dirichlet type. In addition, a rheological model of the power law type was used to model the non-Newtonian behavior of the fluid. We solved the complete nonlinear equations using two numerical codes, one based on the finite difference method and the other on the finite volume method. In addition, an analytical solution, based on the parallel flow approximation, has been developed in the case of thin cavities (A >> 1) subjected to a constant heat flow. We used linear stability analysis to predict the onset of convective motion. The results obtained showed that the presence of the magnetic field modifies the results of previous work concerning Newtonian and non-Newtonian fluids of the power law type. Moreover, we also show that in the limit of very strong magnetic field, the dissipation of energy by Joule effect dominates the dissipation of energy by shear stress and gives to the liquid an inviscid character

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Cohen, Charles-Édouard. "Modélisation et simulation de la stimulation acide des puits carbonatés." Toulouse, INPT, 2007. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000601/.

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Abstract:

L'injection d'acide dans un puits au sein de roches carbonatées permet l'amélioration de sa productivité, en particulier si celui-ci est endommagé. Cette opération s'appuie sur un mécanisme instable qui sous certaines conditions produit de longues percées appelées "wormholes". L'objectif pour l'opérateur est d'utiliser cette instabilité afin de reconnecter le puits au réservoir en minimisant le temps du traitement et la quantité d'acide nécessaire. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif d'améliorer la compréhension des mécanismes de l'instabilité et optimiser le traitement acide. Dans une première partie nous réalisons une série d'études de stabilité linéaire du front de dissolution d'un milieu poreux. Les résultats expliquent les rôles des nombres adimensionnels dans les transitions entre les différents régimes de dissolution et permettent de prédire ces transitions. Nous utilisons ensuite des simulations d'acidification de carottes sur les figures de dissolution dans des géométries 2D et 3D, cartésiennes et radiales. Dans une dernière partie nous proposons une modélisation à grande échelle de la dissolution basée sur une approche double milieux. Ce modèle est présenté avec un exemple de simulation de traitement acide d'un puits. Enfin, ce simulateur est inclus dans une boucle d'inversion permettant d'optimiser les paramètres du traitement en fonction de la production d'huile du puits
Matrix acidizing of a well in a carbonated reservoir improves its productivity, especially when the well is damaged. This stimulation technique relies on an unstable process which creates, under specific conditions, empty channels called "wormholes". The objective of the operator is to use this instability to reconnect the well to the reservoir while minimizing the duration of the treatment and the volume of acid injected. The aim of the present thesis is to improve the understanding of the mechanisms of instability and to optimize the acid treatment. In the first part, we present a series of linear stability analysis of the dissolution front in a porous media. Results explain the role of dimensionless numbers in transitions between the different dissolution regimes and serve to predict these transitions. We also use simulations of core acidizing to study the wormhole density, the mechanism of wormhole competition and the effect of confinement induced by the core boundaries on dissolution patterns in 2D and 3D, in linear and radial geometries. Then, in the second part, we propose a large scale model to simulate full acid treatments, based on a dual porosity approach. An exemple of simulation of a full acid treatment illustrated the model. Finally, we link this acidizing simulator to a reservoir simulator and an inversion software in order to optimise the treatment parameters, as a function of the oil production

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Michaux, Florentin. "Contribution des tensioactifs fluorés à la synthèse de matériaux mésoporeux : Application à la conception d'un bioréacteur." Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10088/document.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude approfondie des propriétés physicochimiques de plusieurs systèmes à base de tensioactifs non ioniques fluorés et hydrogénés en relation avec la synthèse de matériaux mésoporeux silicatés. L'un des buts recherché est de prévoir les caractéristiques structurales et texturales du matériau en fonction de l'application visée. Nous avons ainsi démontré que la courbe de point de trouble, qui caractérise les systèmes à base de tensioactifs non ioniques, doit être localisée à haute température pour obtenir un matériau structuré. Toutefois, cette condition n'est pas suffisante et le rapport des volumes molaires des parties hydrophiles (VA) et hydrophobes (VB) du tensioactif doit être prise en compte. Ainsi, l'étude de nombreux systèmes mixtes a permis de préciser la gamme des rapports VA/VB compatible avec l’obtention de matériaux organisés. A la suite de ce travail, une étude structurale des micelles a été engagée par des méthodes de diffusion de rayonnements (neutrons, RX). A partir des systèmes fluorés étudiés, nous avons montré que la présence de micelles sphériques favorise la formation de matériaux structurés selon une symétrie hexagonale. De façon complémentaire, le suivi in-situ de la formation de la mésophase hybride a apporté des informations intéressantes sur le mécanisme d'auto-assemblage qui gouverne la génération des silices mésoporeuses structurées. L'effet de l'ensemble des paramètres de synthèse sur les propriétés des matériaux mésoporeux a également été étudié, notamment en faisant appel à la méthode des plans d'expériences. La stabilité hydrothermale marquée des silices mésoporeuses préparées à partir de composés fluorés a été démontrée. Finalement, les propriétés spécifiques des silices mésoporeuses, préparées à partir de micelles fluorées, ont été mises à profit pour la conception de bio-réacteurs. Nous avons ainsi montré qu'une lipase physisorbée à la surface de tels matériaux pouvait catalyser une réaction d'estérification. Ce résultat très prometteur offre des ouvertures pour des applications dans le cadre par exemple du développement d'agro-diesel
This work deals with the study of the properties of several non-ionic fluorinated and hydrogenated surfactant based systems which are related to the synthesis of mesoporous silicate materials. One of the aims is to predict the structural and textural properties of the final material for a given application. Thus, we have proved that the cloud point curve, which is characteristic of non-ionic surfactant based systems, must be present at high temperature to obtain well-ordered materials. However, this condition is not the only one but also the ratio between the molar volumes of the hydrophilic part (VA) and the hydrophobic part (VB) of the surfactant should be taken into account. Thus, the study of several mixed systems has allowed to precise the values of VA/VB which correspond to hexagonal materials. A structural study of the fluorinated micelles have been also performed by scattering methods (neutrons and X-ray). We have shown that the presence of spherical micelles promotes the formation of ordered hexagonal materials. Moreover, the in situ observation of the hybrid mesophase formation has shed light on the cooperative templating mechanism which leads to mesostructured silica materials. The effect of the synthesis parameters onto the properties of the materials has also been studied, particularly using the factorial design method. The high hydrothermal stability of the materials prepared from fluorinated surfactant based systems has been demonstrated. Finally, the mesoporous materials prepared from fluorinated micelles have been used as a support for the immobilization of an enzyme. Furthermore, we have shown that a lipase, physically adsorbed onto these materials, can be used to catalyse an esterification reaction. This result offers an outlook for applying these mesoporous materials to bio-diesel synthesis

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Zhang, Kun. "Mesostructured porous materials : Pore and surface engineering towards bio-inspired synthesis of heterogeneous copper catalysts." Lyon, École normale supérieure (sciences), 2008. http://www.theses.fr/2008ENSL0470.

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Abstract:

Le contrôle fin de la structure et de la chimie de surface en milieu confiné a été développé dans des silices poreuses mésostucturées de type MCM-41 pour synthétiser des catalyseurs hétérogènes combinant confinement moléculaire, hydrophobicité et spécificité de sites à l’instar des métalloprotéines. La surface considérée comme lisse a en fait une rugosité de type alvéolaire due à l’empreinte de la tête ammonium du tensioactif de synthèse. Pour des températures croissantes du traitement hydrothermal, la taille des mésopores augmente par érosion de cette rugosité puis diminue par épaississement des parois. On a aussi trouvé des conditions de synthèse de zéolihes mésoporeuses avec une micro- et mésoporosité hiérarchisée. Ces surfaces sont polyfonctionnalisées grâce à la technique de pochoir moléculaire pour isoler des fonctions bidentatés aminoéthylaminopropyles par des groupements hydrophobes triméthylsimyles. Les ions cuivriques sont alors retenus dans le matériau par complexation à ces fonctions diamino
Advanced control of the surface structure and chemistry in confined space has been developed here in mesostructured porous silicas of MCM-41 type to design novel metal supported catalysts combining confinement, hydrophobicity and site specificity using the inspiring model of metalloproteins. First, it is demonstrated that the surface of such a type of materials usually seen as smooth has indeed an alveolar structure generated by the imprint of the ammonium surfactant head groups used here as directing agent. Increasing hydrothermal temperatures is shown first to enlarge the pore size by mere surface smoothing followed by a decrease explained by wall thickening. In addition, conditions were found to generate hybrid materials with hierarchical micro- and mesoporority. Finally, both rough and smooth surfaces were found amenable for multifonctionnalization using molecular stencil patterning technique and compared for isolation of bidentate aminoethyleaminopropyl tethers by trimethylsilyl grafted hydrophobic groups. Then copper (II) can easily be retained by complexation to these bidentate tethers inside the nanochannels of the material

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Corfdir, Alain. "Analyse de la stabilité d'ouvrages en gabions cellulaires par la théorie du calcul à la rupture." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00523026.

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Abstract:

Les gabions cellulaires sont constitués d'une enceinte de palplanches métalliques remplie d'un remblai frottant. Ils sont utilisés dans des sites portuaires ou fluviaux comme soutènements ou comme batardeaux. Bien qu'utilisés depuis plus de 80 ans, leur fonctionnement mécanique n'est qu'imparfaitement compris et des accidents surviennent encore, y compris en cours de construction. L'emploi des méthodes fondées sur la théorie du calcul à la rupture peut contribuer à fonder le dimensionnement de ces ouvrages sur des bases rigoureuses. Le calcul à la rupture des gabions cellulaires présente plusieurs particularités géométrie authentiquement tridimensionnelle, modélisation mixte des éléments constitutifs (enceinte de palplanches modélisées comme une coque, matériau de remblai modélisé comme un milieu continu 3D). La modélisation coque des palplanches permet notamment d'envisager des cinématiques avec des déformations en flexion des palplanches ce qui correspond à certaines observations d'accidents ou de modèles réduits à grande échelle. Un premier chapitre introductif rappelle la constitution des gabions et des gabionnades, leurs utilisations et leurs méthodes de dimensionnement. Le chapitre 2 donne les bases de la modélisation des gabions que nous utiliserons dans la suite. Les chapitres 3, 4, 5 et 6, appliquent les méthodes statique et cinématique au gabion isolé et à la gabionnade. Le chapitre 7 est consacré à la comparaison des résultats avec des données de différents types : mesures in situ, cas d'accident, essais sur modèles réduits.

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Gueye, Abdoulaye. "Modélisation et simulations numériques des écoulements et instabilités thermiques de fluides non-Newtonien en milieu poreux." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10154/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse sur les milieux poreux est axé sur deux parties. La première concerne l'étude numérique de l'écoulement d'un fluide Newtonien ou non-Newtonien au sein d'un système fluide/poreux. L'approche à un seul domaine qui consiste à écrire l'équation de Navier-Stokes incluant le terme de Darcy-Brinkman-Forchheimer est adoptée dans cette étude. La relation entre le gradient de pression et la vitesse débitante linéaire dans le cas de Darcy où le fluide est Newtonien, est obtenue. Cette relation est étendue dans le cas non-Darcy où le fluide est non Newtonien. L'influence des nombres de Darcy et de Forchheimer sur la structure de l'écoulement est montrée. Dans la seconde partie, une étude de stabilité linéaire et numérique de la convection naturelle de fluides viscoélastiques saturant une couche poreuse horizontale chauffée par un flux constant est réalisée. Une étude d'instabilité primaire et secondaire nous a permis de montrer que pour un fluide Newtonien, la convection monocellulaire perd sa stabilité au profit des rouleaux longitudinaux. Dans le cas des fluides viscoélastiques, on trouve que l'élasticité du fluide induit la sélection des rouleaux transversaux propagatifs. Une solution numérique basée sur un schéma aux différences finies est venue conforter ces résultats analytiques
The present thesis on porous media concentrates in two parts. The first concerns the numerical study of the flow of a Newtonian or a non-Newtonian fluid within a fluid/porous system. The approach of a single domain, which consists of/in writing the Navier-Stokes equation including the Darcy-Brinkham-Forchheimer term, is chosen in this study. The linear relation between the pressure gradient and the bulk velocity in the Darcy case, for which the fluid is Newtonian, is obtained. This relation is extended to the non-Darcy case, for which the fluid is non-Newtonian. The influence of Darcy and Forchheimer numbers on the structure of the flow is presented. In the second part, linear stability and numerical analysis of the natural convection of viscoelastic fluids saturating a horizontal porous layer heated by a constant flux is performed. A primary and secondary instability study allowed to show that, for a Newtonian fluid, the unicellular convection loses its stability to the benefit of longitudinal rolls. In the case of viscoelastic fluids, the elasticity of the fluid leads to the selection of propagation transverse rolls. A numerical solution based on a finite difference scheme has reinforced these analytical results

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Maliwan, Kittinan. "Modélisation de l'action des vibrations sur les écoulements de convection thermique ou solutale en milieux poreux." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30137.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude théorique de la naissance de la convection thermique ou thermosolutale bidimensionnelle induite simultanément par la gravité et par les vibrations verticales de hautes fréquences et de faibles amplitudes en milieux poreux. La géométrie considérée est de type "Rayleigh-Bénard" avec les conditions aux limites de parois rigides ou de parois libres. Le modèle de Darcy-Brinkman a été choisie pour tenir compte des effets de diffusion visqueuse près des parois. Les écoulements convectifs résultant de la présence d'un gradient de température ou de concentration et de vibrations sont modélisés par les équations moyennées dans le cadre de l'approximation d'Oberbeck-Boussinesq. La stabilité linéaire de la solution d'équilibre est ensuite étudiée. Dans la première partie de cette thèse, nous avons considéré le cas d'un fluide simple saturant le milieux poreux avec des conditions aux limites de parois rigides. Les paramètres critiques ont été trouvés par la méthode de Galerkin. Dans le cas des faibles nombres de Darcy, nous avons aussi obtenu la relation analytique à partir de l'analyse asymptotique. Notre étude a montré que les oscillations verticales ont un effet stabilisant. Une étude de la stabilité faiblement non linéaire a également été réalisée dans le cadre des très faibles nombres de Darcy. Dans la deuxième et dernière partie, nous avons étudié la naissance de la convection dans le cas d'un fluide binaire avec les conditions aux limites de parois libres. Une étude de stabilité linéaire et faiblement non linéaire a été effectuée dans le cas des très faibles nombres de ĳarcy. Nous avons obtenu pour cette configuration des relations analytiques donnant les paramètres critiques pour la bifurcation stationnaire et instationnaire. Les résultats obtenus ont aussi été comparés avec ceux trouvés en l'absence de vibration
The present work, we study analytically the effect of the action of high-frequency vertical vibration on the onset of the convective motion in mono and multi-component fluids in porous media. The geometry considered is a "Rayleigh-Bénard" configuration. Generalized Darcy-Brinkman mathematical model is taken into account to describe convective flows. In the framework of Oberbeck-Boussinesq approximation, the induced convective motion due to temperature field or concentration field in the presence of gravitational and vibrational fields are studied by using time-averaged method. In the first part of this work, the case of porous media saturated by pure fluid is considered. The critical parameters are found by applying Galerkin method. The asymptotic analysis is also performed to obtain an analytical relation in the case of small Darcy numbers. It is shown that high-frequency vertical vibration can delay convective instabilities and, in this way, reduce the convective flow. In the case of very small Darcy numbers, the weakly non-linear analysis is then carried out to obtain an expression for Nusselt number. .

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Zhang, Kun. "Mesostructured porous materials : Pore and surface engineering towards bio-inspired synthesis of heterogeneous copper catalysts." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00310153.

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Abstract:

Le contrôle fin de la structure et de la chimie de surface en milieu confiné a été développé dans des silices poreuses mésostucturées de type MCM-41 pour synthétiser des catalyseurs hétérogènes combinant confinement moléculaire, hydrophobicité et spécificité de sites à l'instar des métalloprotéines. La surface considérée comme lisse a en fait une rugosité de type alvéolaire due à l'empreinte de la tête ammonium du tensioactif de synthèse. Pour des températures croissantes du traitement hydrothermal, la taille des mésopores augmente par érosion de cette rugosité puis diminue par épaississement des parois. On a aussi trouvé des conditions de synthèse de zéolihes mésoporeuses avec une micro- et mésoporosité hiérarchisée. Ces surfaces sont polyfonctionnalisées grâce à la technique de pochoir moléculaire pour isoler des fonctions bidentatés aminoéthylaminopropyles par des groupements hydrophobes triméthylsimyles. Les ions cuivriques sont alors retenus dans le matériau par complexation à ces fonctions diamino.

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Karaki, Mariam. "Matériaux à porosité contrôlée sulfonés : Synthèse, Caractérisation, Etude des propriétés catalytiques." Phd thesis, Université de Haute Alsace - Mulhouse, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01064374.

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Abstract:

La catalyse solide acide a été pendant longtemps l'objet d'activité de recherche intense, en particulier pour l'industrie pétrochimique. Aujourd'hui, les catalyseurs solides acides sont de plus en plus étudiés dans d'autres domaines et en particulier dans celles liées à la "chimie verte" et à la valorisation des bioressources, telles que la synthèse de biodiesel et la transformation des polysaccharides. L'objectif de la thèse est d'étudier le potentiel des matériaux poreux sulfonés ayant une porosité contrôlée dans des réactions catalysées par un acide en condition eau surchauffé telle que l'hydrolyse de la cellobiose. Dans une première partie, nous décrivons la préparation et la caractérisation des organosilicates mésoporeux périodiques sulfonés de type SBA-15, SBA-1 et KIT-6 par co-condensation de 1,4-bis (triéthoxysilyl) benzène (BTEB). Les matériaux ont été acidifiés suivant des voies différentes à l'aide de 3-mercaptopropyltriméthoxysilane (MPTMS)/H2O2 ou d'acide chlorosulfonique (ClSO3H). Leur propriété acide a été étudiée par adsorption d'NH3 suivie par calorimétrie et par la réaction de déshydratation d'isopropanol (IPA) comme réaction modèle en phase gazeuse. Contrairement à notre attente, l'adsorption d'NH3 suivie par calorimétrie a mis en évidence l'hétérogénéité de la force des sites suggérant la présence de sites distincts de la sulfonation. Les solides sulfonés avec l'acide chlorosulfonique ont une activité équivalente à celle de la résine sulfonée, Amberlyst 15, mais ils sont moins stables en raison de la libération des espèces de soufre. Les catalyseurs préparés en utilisant un groupement mercapto-propyle suivie d'une oxydation sont moins acides et ils ont donné des niveaux d'activité plus basse dans la réaction de déshydratation d'IPA. Pour l'hydrolyse de la cellobiose, de bonnes performances ont été obtenues à 150°C, mais, ces matériaux se sont montrés instables dans des conditions hydrothermales avec une lixiviation totale de soufre réalisant alors la réaction en phase homogène. Un lavage dans l'eau surchauffée des matériaux contenant des groupements propyles-SO3H conduit à une diminution de leur efficacité dans l'hydrolyse de la cellobiose, mais un gain de stabilité a été obtenu, permettant le recyclage de ces matériaux. Dans une deuxième partie, des répliques carbonées sulfonées par l'acide chlorosulfonique ou l'acide sulfurique ont été synthétisé. La sulfonation par l'acide sulfurique suivi par un lavage dans l'eau bouillante puis un prétraitement thermique à 300°C sous azote, de ces matériaux aboutissent au meilleur catalyseur en termes d'activité/stabilité.

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Corfdir, Alain. "Analyse de la stabilité d'ouvrages en gabions cellulaires par la théorie du calcul à la rupture." Phd thesis, Marne-la-vallée, ENPC, 1997. http://www.theses.fr/1997ENPC9704.

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Abstract:

Les gabions cellulaires sont constitués d'une enceinte de palplanches métalliques remplies d'un remblai frottant. Ils sont utilisés dans des sites portuaires ou fluviaux comme soutènements ou comme batardeaux. Bien qu'utilisés depuis plus de 80 ans, leur fonctionnement mécanique n'est qu'imparfaitement compris et des accidents surviennent encore, y compris en cours de construction. L'emploi des méthodes fondées sur la théorie du calcul à la rupture peut contribuer à fonder le dimensionnement de ces ouvrages sur des bases rigoureuses. Le calcul à la rupture des gabions cellulaires présente plusieurs particularités : géométrie authentiquement tridimensionnelle, modélisation mixte des éléments constitutifs (enceinte de palplanches modélisées comme une coque, matériau de remblai modélisé comme un milieu continu 3D). Les travaux antérieurs utilisant le calcul à la rupture ont toujours considéré des cinématiques dans lesquelles les palplanches restaient droites. La modélisation coque des palplanches permet notamment d'envisager des cinématiques avec des déformations en flexion des palplanches ce qui correspond à certaines observations d'accidents ou de modèles réduits à grande échelle. Donnons maintenant le plan général de ce mémoire. Un premier chapitre introductif rappelle la constitution des gabions et des gabionnades, leurs utilisations et leurs méthodes de dimensionnement. Le chapitre 2 donne les bases de la modélisation des gabions que nous utiliserons dans la suite. Les chapitres 3, 4, 5 et 6, appliquent les méthodes statiques et cinématique au gabion isolé et à la gabionnade. Le chapitre 7 est consacré à la comparaison des résultats avec des données de différents types : mesures in situ, cas d'accident, essais sur modèles réduits
Cellular cofferdams are constituted by a shell of steel sheetpiles filled with sand or gravel backfill. They are used in harbour or fluvial locations as earth or water retaining structures. Although they have been in use for more than 80 years, their mechanical behaviour is still poorly understood and accidents still occur even during construction. The use of design methods based on yield design theory can contribute to found the design of cellular cofferdams on rigorous bases. The yield design of cellular cofferdams has some particular characteristics : true 3-dimentional geometry, mixed modelling of the structure (the sheetpiles are modelled as a shell, the backfill as a 3-dimensional ontinuous media). Modelling sheetpiles as a shell makes it possible to consider kinematic fields with flexure strain of the sheetpiles. Flexures strain has been observed on some accidents and some model tests. The present work opens with an introductory chapter dealing with the construction of cellular cofferdams, their applications and design methods. Chapter 2 deals with the modelling of cellular cofferdams. Chapters 3, 4, 5 and 6 deal with the application of static and kinematic methods to a single cofferdam cell and to cellular cofferdams. In chapter 7, the results are compared to data from different sources : filed measurements, case of accident, model tests

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Le, Bras Solène. "Etude de catalyseurs Pt-Pd supportés sur spinelle MgAl2O4 pour la dépollution automobile : synthèse, stabilité hydrothermale et perfomances catalytiques." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0053/document.

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Abstract:

L’amélioration de la qualité de l’air est un enjeu majeur pour la santé et l’environnement. Le challenge pour les fabricants de convertisseurs catalytiques pour la dépollution automobile est d’optimiser leur formulation pour répondre aux normes réglementant les émissions polluantes se durcissant, tout en rentabilisant l’utilisation de métaux précieux dont les ressources s’épuisent. Dans cette thèse, un nouveau support catalytique MgAl2O4 méso-poreux a été synthétisé par atomisation d’un sol aqueux contenant un copolymère tri-blocs. Les nano-cristallites de MgAl2O4 en contact quasi-ponctuel permettent d’atteindre des taux de dispersion de la phase active Pt-Pd supérieurs à ceux d’un catalyseur d’oxydation Diesel commercialisé, pris comme référence par la société Renault. La phase active d’un catalyseur 2,5%m.PtPd(3:2)[450°C]/MgAl2O4[900°C] présente une stabilité hydrothermale similaire à celle ce dernier grâce aux ancrages chimiques (croissance épitaxiale, solutions solides) et mécaniques (marches atomiques, pores). Bien que la totalité des métaux précieux ne soit pas accessible (insertion, encapsulation) pour l’oxydation du CO, des HC et de NO, les performances catalytiques atteintes par ce catalyseur au cours de vieillissements hydrothermaux sont comparables à celle d’un DOC de référence. La conversion des HC est similaire à celle du DOC de référence et dépendante de la concentration locale des sites actifs. La conversion du CO est légèrement pénalisée car les particules sont de trop petite taille et à l’état oxydé. Enfin, ce catalyseur ne réduit pas les NOx, en revanche il assure une oxydation plus importante de NO en NO2 après vieillissement hydrothermal que le DOC de référence, ainsi que le stockage de NO2. Cela représente un avantage majeur pour le bon fonctionnement du filtre à particules situé en aval du DOC
The improvement of air quality is a major issue for the health and the environment. The challenge for the manufacturers of catalytic converters for automotive depollution is to optimize their formulation to meet the standards regulating the polluting emissions hardening, while making a profitable use of the precious metals whose resources are becoming exhausted. In this thesis, a new, mesoporous, MgAl2O4, catalytic support was synthesized by atomization of an aqueous sol containing a tri-block copolymer. The MgAl2O4 nanocristallites in point contact enable to reach higher dispersion rates of the Pt-Pd active phase than those of a commercialized DOC taken as reference by Renault. The active phase of the 2,5%m.PtPd(3:2)[450°C]/MgAl2O4[900°C] catalyst presents similar hydrothermal stability to that of the reference DOC thanks to chemical anchoring (epitaxial growth, solid solutions) and mechanical anchoring (atomic steps, pores). Although the totality of the precious metal content is not accessible (insertion, encapsulation) for CO, HC and NO oxidation, the catalytic performances reached by this catalyst during hydrothermal aging are comparable with that of the reference DOC. The conversion of the HC is similar to that of the reference DOC and depends on the local concentration of the active sites. The CO conversion rate is slightly penalized since the particles are too smalls and in an oxidized state. Lastly, this catalyst does not reduce NOx but ensures a more important oxidation of NO in NO2 after a hydrothermal aging than the reference DOC and also the storage of NO2 which have a positive impact on the proper functioning of the downstream diesel particulate filter

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Wone, Moussa. "Contribution à la modélisation du comportement hydrique et mécanique des remblais routiers en matériaux fins." Phd thesis, Marne-la-vallée, ENPC, 1995. http://www.theses.fr/1995ENPC9525.

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Abstract:

Afin de mieux estimer les tassements et la stabilité des ouvrages géotechniques au cours du temps, une modélisation du comportement couple (mécanique, écoulement de l'eau et écoulement de l'air) des milieux poreux non saturés est développée. A partir des équations d'équilibre, de continuité et de comportement des trois phases du sol, nous avons d'abord établi un système non linéaire tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements. Ce modèle est discrétisé dans l'espace, par éléments finis, et dans le temps, par un schéma implicite. Le traitement numérique de ce problème conduit, d'une part, à la création d'une nouvelle famille d'éléments de consolidation bidimensionnelle des sols non saturés dans le code de calcul par éléments finis Cesar-LCPC et, d'autre part, à la mise au point d'un algorithme itératif combinant la méthode des rigidités variables pour le traitement des non linéarités liées à l'écoulement des fluides et la méthode des contraintes initiales pour le traitement des non linéarités mécaniques. La programmation de cet algorithme a été effectuée dans le module CSNS (consolidation des sols non saturés) de Cesar-LCPC. La modélisation effectuée et sa programmation, qui tient compte, entre autres, du phasage de la construction du remblai et des conditions aux limites de diverses natures, ont été testées sur un ouvrage réel (remblai autoroutier). La confrontation des résultats numériques et expérimentaux sur cet ouvrage a montré que cette approche de couplage des écoulements de l'eau et de l'air et des déformations du sol produit des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements
A coupled model for three-phase unsaturated porous media, with allowance for both the stress-strain relationships of the soil and the flow of water and air, is presented. It is aimed at improving the settlement predictions and stability analyses of geotechnical structures. A system of non linear equations, both of the stress-strain relationships and for the flow of fluids, is first derived, on the basis of the static equilibrium equations, of the continuity equations and of the constitutive relationships of each of the three phases. This system of equations is then solved using the finite element method and an implicit integration scheme for time dependency. This work resulted in the implementation in the finite element program CESAR-LCPC of a new family of elements, devoted to the two-dimensional consolidation analysis of unsaturated soils, and of an iterative algorithm, combining the method of variable stiffness for the flow nonlinearities and the initial stres method for the material nonlinearities. A new subroutine of CESAR-LCPC, terme CSNS (for Consolidation of Unsaturated Soils) was created for performing this type of analysis. The subroutine CSNS takes into account the staged construction of the geotechnical structures and can accomodate any type of boundary conditions. It was checked against the observed behaviour of a test section of an existing motorway. The comparison of the observed and calculated displacements and water pressures in the embankment gave encouraging insight into the capabilities of the method

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Wone, Moussa. "Contribution à la modélisation du comportement hydrique et mécanique des remblais routiers en matériaux fins." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1995. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00523303.

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Abstract:

Afin de mieux estimer les tassements et la stabilité des ouvrages géotechniques au cours du temps, une modélisation du comportement couplé (mécanique, écoulement de l'eau et écoulement de l'air) des milieux poreux non saturés est développée. A partir des équations d'équilibre, de continuité et de comportement des trois phases du sol, nous avons d'abord établi un système non linéaire tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements. Ce modèle est discrétisé dans l'espace, par éléments finis, et dans le temps, par un schéma implicite. Le traitement numérique de ce problème conduit, d'une part, à la création d'une nouvelle famille d'éléments de consolidation bidimensionnelle des sols non saturés dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC et, d'autre part, à la mise au point d'un algorithme itératif combinant la méthode des rigidités variables pour le traitement des non linéarités liées à l'écoulement des fluides et la méthode des contraintes initiales pour le traitement des non linéarités mécaniques. La programmation de cet algorithme a été effectuée dans le module CSNS (Consolidation des Sols Non Saturés) de CESAR-LCPC. La modélisation effectuée et sa programmation, qui tient compte, entre autres, du phasage de la construction du remblai et des conditions aux limites de diverses natures, ont été testées sur un ouvrage réel (remblai autoroutier). La confrontation des résultats numériques et expérimentaux sur cet ouvrage a montré que cette approche de couplage des écoulements de l'eau et de l'air et des déformations du sol produit des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements.

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Ouadhani, Soumaya. "Actions des vibrations sur le processus de séparation des constituants d'un mélange binaire en configuration de Rayleigh-Bénard." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30192/document.

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Abstract:

Dans cette étude, nous proposons une étude théorique et numérique de l'influence des vibrations de hautes fréquences et de faibles amplitudes sur la séparation thermo-gravitationnelle des constituants d'un mélange binaire saturant un milieu poreux. La cellule considérée est horizontale, de grand rapport d'aspect et placée dans le champ de pesanteur. La formulation mathématique est obtenue en utilisant le formalisme des équations moyennées. Les conditions aux limites imposées au niveau des parois horizontales diffèrent de celles du problème de Rayleigh Bénard. On considère respectivement le cas où un flux constant est imposé sur ces parois puis le cas où un flux thermique constant est imposé sur la paroi inférieure alors qu'une température constante est imposée sur la paroi supérieure. Dans les deux configurations, onmet en évidence de solutions stables monocellulairesconduisant à la séparation des constituants du mélange et ce pour une large gamme des paramètres adimensionnels régissant le problème. Les résultats analytiques et de simulations numériques directes sont en très bon accord. Dans les deux cas, une étude de stabilité linéaire de la solution d'équilibre et de la solution monocellulaireest réalisée par méthode spectrale
In this study, the influence of vertical vibrations on species thermo-gravitational separation of a binary fluid, saturating a porous medium, is presented. The cell is horizontal of large aspect ratio and situated in the gravity field. A formulation using time average equations is used. Two configurations have been considered and compared. In the first one, a constant heat flux is imposed on the horizontal walls and in the second case, a constant heat flux is imposed on the bottom wall while a constant temperature is imposed on the top wall. For each configuration, stable unicellular solutions leading to species separation are obtained, depending on the dimensionless parameters of the problem. The analytical results are in good agreement with those obtained by direct numerical simulations. In both cases, a linear stability analysis of the equilibrium solution and the unicellular one is presented using a spectral method

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Varache, Mathieu. "Synthèse de nanoparticules mésoporeuses de silice et encapsulation du cisplatine en vue du ciblage des traitements de chimiothérapie anticancéreuse." Thesis, Dijon, 2014. http://www.theses.fr/2014DIJOS007/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer des nanoparticules mésoporeuses de silice (MSNs) capables de libérer un anticancéreux, le cisplatine, dans le milieu intracellulaire de tumeurs solides. Une étude paramétrique montre que les propriétés morphologiques, structurales et texturales des MSNs de type MCM-41, synthétisées par voie sol-gel à partir d’un mélange d’un précurseur de silice (TEOS) et de tensioactif (CTAB), dépendent du pH, de la vitesse d’agitation, de la température et du mode d’extraction du CTAB. La synthèse doit avoir lieu sous atmosphère contrôlée pour éviter la présence en solution d’ions carbonates et d’éthanol à l’origine de ponts entre les particules qui altèrent la stabilité colloïdale des MSNs.Les MSNs ont été fontionnalisées pour contrôler l’affinité chimique du cisplatine pour la surface des MSNs et pour améliorer la stabilité colloïdale des MSNs en milieu physiologique. Des organosilanes (APTES, TESP, MPTES, CEST) et des polymères neutres ou ionisés (PEG, PEI) ont été ajoutés par co-condensation ou par greffage post synthèse tout en préservant les propriétés structurales et texturales des MSNs. Les quantités de cisplatine encapsulées par imprégnation sont plus élevées que par adsorption et dépendent de la fonctionnalisation des MSNs. Les MSNs greffées en surface par la PEI permettent une libération progressive de l’anticancéreux ainsi qu’une cytotoxicité comparable à celle du cisplatine administré seul.Des tests in vitro montrent que les MSNs en l’absence de cisplatine ne présentent pas d’effet cytotoxique jusqu’à une concentration de 200 µg/mL. Une étude par microscopie confocale montre une internalisation des MSNs à partir de 2h de mise en contact avec les cellules
The aim of this PhD thesis is to elaborate mesoporous silica nanoparticles (MSNs) able to sustain the release of cisplatin into the intracellular compartments of solid tumors. The parametric study shows that morphological, structural and textural properties of MSNs-MCM-41, synthesized by sol-gel reaction by using TEOS as a silica source and CTAB as a structure-directing agent, depend on pH, stirring speed, temperature and extraction process of CTAB. The synthesis atmosphere has to be controlled in order to avoid the presence of ethanol and carbonate species which are responsible of necks between particles generating unstable suspensions of MSNs.MSNs were functionalized in order to control the interactions between cisplatin and MSNs or to improve their colloidal stability in physiological media.Various silanated organic molecules (APTES, TESP, MPTES, CEST) and neutral or ionised polymers were grafted into the MSNs using a co-condensation approach or a postsynthetic functionalization method while keeping structural and textural properties of MSNs unchanged.The amount of cisplatin encapsulated by using impregnation are higher than those obtained by using adsorption and depend on MSNs fonctionalization. MSNs grafted by PEI allow a sustained drug release and cytotoxic effects similar to cisplatin. In vitro assays show that MSNs devoid of cisplatin are not cytotoxic up to 200 µg/mL. Confocal microscopy study reveals that MSNs internalization is efficient after about 2h of contact with cells

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Tong, Anh Tuan. "Modélisation micromécanique des couplages hydromécaniques et des mécanismes d'érosion interne dans les ouvrages hydrauliques." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENI108/document.

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Abstract:

Les matériaux granulaires multiphasiques occupent une place très importante dans notre environnement qui suscitent un grand intérêt de nombreuses communautés scientifiques, notamment celles de la mécanique des sols ou de la géotechnique. Le caractère divisé permet les milieux granulaires multiphasiques d'avoir un comportement mécanique global qui trouve leur origine, leur distribution et interactions entre les phases de composition. Un modèle de couplage hydromécanique est présenté dans ce travail de thèse pour l'application à la modélisation microscopique des couplages hydromécaniques dans les matériaux granulaires saturés. Le modèle numérique est basé sur un couplage de la méthode des éléments discrets (DEM) avec une formulation en volumes finis, à l'échelle des pores (PFV), du problmème de l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible. Le solide est modélisé comme un arrangement de particules sphériques avec des interactions de type élasto-plastique aux contacts solide-solide. On considère un écoulement de Stokes incompressible, en supposant que les forces inertielles sont négligeables par rapport aux forces visqueuses. La géométrie des pores et leur connectivité sont définies sur la base d'une triangulation régulière des sphères, qui aboutit à un maillage tétrahédrique. La définition des conductivités hydrauliques à l'échelle des pores est un point clef du modèle, qui se rapproche sur ce point à des modèles de type pore-network. Une importance particulière réside dans les lois d'interactions fluide-solide permettant de déterminer des forces de fluide appliquées sur chacune des particules, tout en assurant un coût de calcul acceptable pour la modélisation en trois dimensions avec plusieurs millieurs des particules. Des mesures de perméabilités sur des assemblages bidisperses de billes de verre sont présentées et comparées aux prédictions du modèle et aux formules empiriques/semi-empiriques dans la littérature, ce qui valide la définition de la conductivité locale et met en évidence le rôle de la distribution granulométrique et la porosité. Une approche numérique pour analyser l'interaction mécanique fluide-solide et les mécanismes d'érosion interne est finalement présentée
Multiphase granular materials occupy a very important place in our environment that are of great interest to many scientific communities, including those of soil mechanics or geotechnical engineering. The divided nature allows multiphase granular media to have a global mechanical behaviour which originates from all component phases, their distribution and interactions. Acoupled hydromechanical model is presented in this work for the application to microscopic modeling of coupled hydromechanical in saturated granular materials. The numerical model uses a combination of the discrete element method (DEM) with a pore-scale finite volume (PFV) formulation of flow problem of an incompressible viscous fluid. The solid is modeled as an assembly of spherical particles, where contact interactions are governed by elasto-plasticrelations. Stokes flow is considered, assuming that inertial forces are small in comparison with viscous forces. Pore geometry and pore connections are defined locally through regular triangulation of spheres, from which a tetrahedral mesh arises. The definition of pore-scale hydraulic conductivities is a key aspect of this model. In this sense, the model is similar to a pore-network model. The emphasis of this model is, on one hand the microscopic description of the interaction between phases, with the determination of the forces applied on solid particles by the fluid, on the other hand, the model involves affordable computational costs, that allow the simulation of thousands of particles in three dimensional models. Permeability measurements on bidispersed glass beads are reported and compared with model predictions and empirical formulas/semi-empirical in the literature, validating the definition of local conductivities and bringing out the role of particle size distribution and porosity. A numerical approach to analyze the fluid-solid mechanical interaction and mechanisms of internal erosion is finally presented

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Ouattara, Bafétigué. "Prise en compte des caractéristiques thermophysiques des parois dans le processus de séparation des constituants d'un mélange binaire ou d'un nanofluide par diffusion thermogravitationnelle en milieu poreux." Phd thesis, Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1853/.

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Nous proposons une étude analytique et numérique de l'influence de la conductivité thermique et de l'épaisseur des parois, qui délimitent une cellule rectangulaire horizontale, sur la séparation thermogravitationnelle des constituants d'un mélange binaire. Cette problématique est d'une grande importance pour ce qui est de la séparation des espèces par diffusion thermogravitationnelle. En effet, l'épaisseur de la couche fluide dans une colonne verticale conduisant à la séparation optimale est inférieure au millimètre pour les mélanges binaires étudiés et l'épaisseur des parois utilisées est de l'ordre de deux millimètres ou plus. En outre, la conductivité thermique des parois est généralement différente de la conductivité thermique de la couche poreuse saturée. Nous considérons une cellule horizontale de grande extension longitudinale remplie d'un milieu poreux saturé par un mélange binaire délimité par deux parois de même épaisseur et de même conductivité thermique. Les surfaces extérieures de ces parois sont soumises à un flux de chaleur constant. Nous étudions la stabilité linéaire de la solution d'équilibre et de la solution monocellulaire. La solution d'équilibre trouvée perd sa stabilité via une bifurcation stationnaire ou une bifurcation de Hopf compte tenu des valeurs des paramètres adimensionnels considérés. Pour des facteurs de séparations tels que, les paramètres critiques associés à la transition entre la solution d'équilibre et l'écoulement convectif monocellulaire sont et représentant respectivement le nombre de Rayleigh critique et le nombre d'onde critique avec: Le le nombre de Lewis, le rapport de l'épaisseur des parois sur l'épaisseur de la couche poreuse et le rapport de leur conductivité thermique respective. Un très bon accord est trouvé entre les valeurs critiques obtenues analytiquement et celles obtenues par la méthode spectrale Tau. Nous montrons dans ce travail que la séparation des espèces d'une solution binaire dépend fortement de d et pour des valeurs du nombre de Rayleigh supérieures au nombre de Rayleigh conduisant à la séparation maximale. Il ressort également de cette étude que la séparation est sous-estimée lorsqu'on ne prend pas en compte l'effet des caractéristiques thermiques des parois. Les résultats analytiques et numériques obtenus sont en bon accord. Dans la dernière partie de la thèse, nous présentons des travaux expérimentaux portant sur la séparation dans les nanofluides à base de nanotubes de carbone
In the present work, we study analytically and numerically the influence of the thermal conductivity and the thickness of the walls of a horizontal rectangular cell on the species separation of binary mixture. This problem is of great importance for species separation by thermogravitational diffusion. The thickness of the fluid layer leading to optimal separation is less than a millimeter for the binary mixtures investigated and the wall thickness is of the order of two millimeters or more. Furthermore the conductivity of the plates is generally different from the conductivity of the saturated porous layer. We consider a horizontal cell of large longitudinal extension filled with a porous medium saturated by a binary mixture bounded by plates of the same thickness and the same thermal conductivity. The outer surfaces of plates are subjected to a constant heat flux. We study the stability of the equilibrium solution and the unicellular flow. The equilibrium solution is found to lose stability via a stationary bifurcation or a Hopf bifurcation depending on the values of the dimensionless parameters of the problem. For separation ratio , the critical parameters associated to the primary transition are and which corresponds to the transition between the equilibrium solution and the unicellular one. In these relation Le is the Lewis number, d is the ratio of plates over the porous layer thickness and d, their respective thermal conductivity ratio. A very good agreement is found between the critical values obtained analytically and the ones obtained by the spectral Tau numerical procedure. We show in this work that the separation of the species in binary mixtures depends strongly on d and d for values of the Rayleigh number greater than the Rayleigh number leading to the maximum separation. It also emerges from this study that the separation is underestimated when we do not take into account the effect of the conducting walls. A good agreement is observed between the analytical results and the numerical simulations. In the last part of the thesis, we undertake experimental work on the separation in nanofluids containing nanotubes of carbon

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Bongur, Raphaël. "Encapsulation de molécules organiques au sein de silices mésoporeuses." Thesis, Mulhouse, 2010. http://www.theses.fr/2010MULH4272/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer un concept inédit permettant l’utilisation de silices mésoporeuses pour encapsuler des principes actifs cosmétiques de façon permanente, ce qui permet d’améliorer leur tolérance cutanée, d’optimiser leur stabilité à la lumière tout en préservant leur efficacité et de faciliter leur formulation au sein de produits cosmétiques. Pour cela, la voie consistant à encapsuler des filtres UV à usage cosmétique au sein de silices mésoporeuses de type MCM-41 de façon in-situ a été choisie car elle semblait la plus propice à l’encapsulation d’une grande quantité de principes actifs de façon permanente. Deux filtres UV ont été étudiés un lipophile, nommé Parsol MCX, et un hydrophile, appelé Parsol HS. Pour l’ensemble des principes actifs étudiés, un taux d’encapsulation approprié a été obtenu et les caractérisations, effectuées notamment par RMN du solide, ont permis de montrer que l’encapsulation est effective au sein des pores ce qui, couplé à la bonne stabilité de l’encapsulation dans le cas de l’actifs hydrophile, garantit un contact minimum entre l’actif et la peau du consommateur. En revanche, un relargage important de filtre UV lipophile a été constaté. Il a été établi que les propriétés physico-chimiques des matériaux diffèrent significativement suivant que les principes actifs encapsulés soient lipophiles ou hydrophiles. Dans tous les cas, l’organisation poreuse, l’ordre structural et la morphologie des particules contenant des principes actifs varient significativement par rapport aux silices mésoporeuses de référence de type MCM-41, synthétisées sans principe actif. La présence de principe actif au sein du milieu réactionnel a donc une influence sur la structure et la texture des matériaux obtenus, ce qui est dû aux interactions entre les molécules de principe actif, les espèces silicate et les molécules de tensioactif au sein du milieu réactionnel
The objective of this thesis is to develop a new concept that consists to permanently encapsulate cosmetic active ingredients into mesoporous silica. The encapsulation of these active molecules improves their skin tolerance, optimizes their light stability while preserving their effectiveness and facilitates their formulation in cosmetic products. Thus, UV filters have been encapsulated in MCM-41 type mesoporous silica by using in-situ route because it seemed the most efficient route to achieve permanently encapsulation of large quantities of active. Two UV filters have been studied. One is lipophilic (Parsol MCX) and the other is a hydrophilic (Parsol HS). For all the active molecules studied, an appropriate encapsulation rate was obtained and the characterizations, particularly these performed by solid-state NMR, have shown that the encapsulation is effective within the pores which, coupled with the good stability of encapsulation in the case of hydrophilic actives, ensures minimal contact between the active and the consumer's skin. In contrast, a significant release of lipophilic UV filter was found. It was established that the physico-chemical properties of the synthesized materials differ significantly according to the lipophilic or hydrophilic nature of the encapsulated molecules. In all cases, the porous organization, the structural order and the morphology of the particles containing active ingredients vary significantly compared to the reference MCM-41 type mesoporous silica, synthesized without active ingredient. Thus, the presence of the active ingredient in the reaction medium has an influence on the structure and the texture of the synthesized materials, which is due to interactions between the actives molecules, the silicate species and the surfactant molecules in the reaction medium

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Ouattara, Bafétigué. "Prise en compte des caractéristiques thermophysiques des parois dans le processus de séparation des constituants d'un mélange binaire ou d'un nanofluide par diffusion thermogravitationnelle en milieu poreux." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00968643.

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Abstract:

Nous proposons une étude analytique et numérique de l'influence de la conductivité thermique et de l'épaisseur des parois, qui délimitent une cellule rectangulaire horizontale, sur la séparation thermogravitationnelle des constituants d'un mélange binaire. Cette problématique est d'une grande importance pour ce qui est de la séparation des espèces par diffusion thermogravitationnelle. En effet, l'épaisseur de la couche fluide dans une colonne verticale conduisant à la séparation optimale est inférieure au millimètre pour les mélanges binaires étudiés et l'épaisseur des parois utilisées est de l'ordre de deux millimètres ou plus. En outre, la conductivité thermique des parois est généralement différente de la conductivité thermique de la couche poreuse saturée. Nous considérons une cellule horizontale de grande extension longitudinale remplie d'un milieu poreux saturé par un mélange binaire délimité par deux parois de même épaisseur et de même conductivité thermique. Les surfaces extérieures de ces parois sont soumises à un flux de chaleur constant. Nous étudions la stabilité linéaire de la solution d'équilibre et de la solution monocellulaire. La solution d'équilibre trouvée perd sa stabilité via une bifurcation stationnaire ou une bifurcation de Hopf compte tenu des valeurs des paramètres adimensionnels considérés. Pour des facteurs de séparations ψ tels que ψ ≥ ψmon0, les paramètres critiques associés à la transition entre la solution d'équilibre et l'écoulement convectif monocellulaire sont Racs = 12(1+2dδ)/ [1 + ψ(2Le dδ + Le + 1)] et kcs = 0 représentant respectivement le nombre de Rayleigh critique et le nombre d'onde critique avec : Le le nombre de Lewis, δ le rapport de l'épaisseur des parois sur l'épaisseur de la couche poreuse et d le rapport de leur conductivité thermique respective. Un très bon accord est trouvé entre les valeurs critiques obtenues analytiquement et celles obtenues par la méthode spectrale Tau. Nous montrons dans ce travail que la séparation des espèces d'une solution binaire dépend fortement de d et δ pour des valeurs du nombre de Rayleigh supérieures au nombre de Rayleigh conduisant à la séparation maximale. Il ressort également de cette étude que la séparation est sous-estimée lorsqu'on ne prend pas en compte l'effet des caractéristiques thermiques des parois. Les résultats analytiques et numériques obtenus sont en bon accord. Dans la dernière partie de la thèse, nous présentons des travaux expérimentaux portant sur la séparation dans les nanofluides à base de nanotubes de carbone.

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Bouleux, François. "Approche discrète de l'évaporation en milieu poreux : étude de fronts stabilisés par les forces de gravité ou de viscosité en deux dimensions." Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT012H.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'étude du séchage lent en milieu capillaro-poreux. L'étude est basée sur des simulations numériques sur réseaux de pores 2D, initialement totalement saturés. Notre but est de caractériser le front d'invasion résultant de la compétition entre les forces de capillarité et les forces de gravité ou de viscosité. Nous avons montré que l'extension moyenne l du front, définie comme la distance moyennes entre la position la moins avancée du front et la position la plus avancée du front évoluait avec le nombre de Bond [. . . ]. Dans le cas où les effets visqueux stabilisent le front, notre étude a par ailleurs permis de mettre en évidence le caractère non constant du gradient de pression dans la zone du front. Nous montrons que la non linéarité des pressions liquides dans la zone concernée affecte les exposants des lois d'échelle. Le coefficient de transfert global du front est caractérisé à partir de l'étude de la ligne lisse équivalente conduisant au même flux global d'évaporation que le front irrégulier. L'étude de cette ligne équivalente a permis de mettre en exergue deux phases du processus de séchage en 2D. Dans la première phase (régime non établi) la distribution de pression partielle à l'interface est affectée par l'irrégularité du front. La deuxième phase (régime établi) est atteinte quand le front est suffisamment à l'intérieur du milieu pour que la distribution de pression partielle à l'interface soit uniforme. Dans ce dernier cas et en régime stationnaire, on trouve que la ligne équivalente se positionne en (Zc-ơ) où Zc est la position moyenne du front et ơ l'écart type des positions des points formant le front. Enfin, nous terminons par une étude plus appliquée concernant une technique de récupération secondaire du pétrole : l'évaporation de fractions légères d'hydrocarbure par injection de gaz dans une roche réservoir hétérogène. Nous nous sommes limités au cas d'une inclusion à faible perméabilité insérée dans une matrice poreuse de plus grande perméabilité. L'étude suggère l'existence d'un régime de rentabilité optimale entre le volume de gaz injecté et le temps total de récupération de l'huile piégée dans l'inclusion.

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Fannir, Jamal. "Stability of the two-phase displacement in porous media studied by MRI techniques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0330.

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Abstract:

Il est important de comprendre les forces motrices qui contrôlent l'écoulement de deux fluides immiscibles dans un milieu poreux. En effet, il existe une large gamme d'applications des écoulements diphasiques en milieux poreux, notamment ceux qui concernent la récupération assistée du pétrole (EOR). Le développement des techniques quantitatives d'imagerie par résonance magnétique (IRM) ouvre de nouvelles possibilités pour étudier et caractériser les flux multiphasiques en milieu poreux. Ce travail s’intéresse précisément à décrire le déplacement de deux fluides immiscibles (eau-huile) au sein d’un milieu poreux en utilisant les techniques d’IRM. Le milieu poreux est initialement saturé d’huile qu’on vient déplacer en injectant de l’eau par le bas, l’huile et l’eau pouvant s’évacuer par le haut. L’objectif général de l’étude est de déterminer le déplacement et la déformation du front (eau-huile) au cours du temps, et de préciser les mécanismes de piégeage des phases. Des expériences sont menées sur deux modèles poreux. L’un mouillant à l’huile consiste en un empilement de petites billes en polystyrène (0,4 mm < dp < 0,6 mm), l’autre mouillant à l’eau est un sable légèrement compacté (0,02 mm < dp < 0,50 mm). Nous avons utilisé un dispositif de micro-imagerie RMN fonctionnant à 14 T (résonance 1H à 600 MHz) pour acquérir des images à haute résolution (0.2 mm) à l’intérieur des milieux poreux au cours du déplacement des deux fluides. Les résultats obtenus ont montré que le profil de saturation en huile est fortement influencé par les propriétés du matériau poreux, telles que la porosité et la perméabilité de l'échantillon, le mouillage des phases, le débit d'injection de l’eau ou encore l’hétérogénéité de la matrice solide. L'influence du débit d’injection d’eau sur la saturation résiduelle en huile a été plus particulièrement étudiée. Les résultats expérimentaux permettent une compréhension fine du déplacement de deux fluides non miscibles pour deux types de milieux poreux, qui se différencient principalement par les effets de la mouillabilité. Dans le même temps, une simulation numérique du déplacement vertical ascendant de l’huile poussée par de l’eau dans une colonne poreuse a été réalisée et les résultats ont été comparés à nos expériences sous IRM
It is important to understand the driving forces that control the flow of two immiscible fluids in a porous medium. Indeed, there is a wide range of applications of two-phase flows in porous media, especially those relating to enhanced oil recovery (EOR). The development of quantitative magnetic resonance imaging (MRI) techniques opens up new possibilities for studying and characterizing multiphase flows in porous media. This work is specifically concerned with describing the displacement of two immiscible fluids (water-oil) in a porous medium using MRI techniques. The porous medium is initially saturated with oil which is displaced by injecting water from below, oil and water can be evacuated from above. The general objective of the study is to determine the displacement and the deformation of the front (water-oil) over time, and to specify the trapping mechanisms of the phases. Experiments are conducted on two porous models. One oil wetting consists of a stack of small polystyrene beads (0.4 mm < dp < 0.6 mm), the other wetting with water is a slightly compacted sand (0.02 mm < dp <0.50 mm). We used a 14 T NMR micro-imaging device (1H resonance at 600 MHz) to acquire high resolution images (0.2 mm) inside the porous media during the movement of the two fluids. The results obtained showed that the oil saturation profile is strongly influenced by the properties of the porous material, such as the porosity and the permeability of the sample, the wetting of the phases, the injection rate of the water or even the heterogeneity of the solid matrix. The influence of the water injection flow rate on the residual saturation of oil has been studied more particularly. The experimental results allow a fine understanding of the displacement of two immiscible fluids for two types of porous media, which mainly differ by the effects of wettability. At the same time, a numerical simulation of the upward vertical displacement of oil pushed by water in a porous column was performed and the results compared to our MRI experiments

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Utada, Satoshi. "Effect of a Prior Plastic Deformation during Heat Treatments on the Mechanical Properties of Ni-Based Superalloys for Turbine Blade Application Evolution of superalloy for turbine airfoil and development of recycling technology Platinum containing new generation nickel-based superalloy for single crystalline application Tensile, low cycle fatigue and very high cycle fatigue characterizations of advanced single crystal nickel-based superalloys Creep Property and Phase Stability of Sulfur-Doped Ni-Base Single-Crystal Superalloys and Effectiveness of CaO Desulfurization Evaluation and comparison of damage accumulation mechanisms during non-isothermal creep of cast Ni-based superalloys." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0019.

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Abstract:

Les superalliages monocristallins base Ni sont utilisés pour la conception des aubes de turbines en raison de leur excellente durabilité à haute température. Lors de la production d'une aube de turbine, une déformation plastique (DP)inattendue peut être introduite dans le matériau. Dans cette étude, les matériaux monocristallins ont été pré-déformés entre les traitements thermiques de mise en solution et de revenu pour simuler la DP pouvant être rencontrée lors des étapes de production. Des tests mécaniques sur les matériaux pré-déformés ont été effectués pour comprendre l'effet de cette DP.Au cours des traitements thermiques de revenu du superalliage monocristallin AM1 pré-déformé, un grossissement des précipités γ′ plus rapide et une nucléation accélérée de pores ont été observés à proximité des bandes de glissement introduites lors de la DP à température ambiante. Au cours de la déformation par fluage de l’AM1 pré-déformé dans des conditions de haute température/basse contrainte (≥ 950 °C), les bandes à microstructure grossière sont des sites préférentiels d’accumulation du dommage de fluage induit par diffusion, induisant de la recristallisation et une réduction drastique des propriétés de fluage. Dans des conditions de basse température/haute contrainte (≤ 850 °C), le cisaillement de la microstructure est facilité dans les bandes à microstructure grossière et il réduit également les propriétés de fluage.La recristallisation n'est pas été observée dans des ces conditions de fluage à basse température car les mécanismes diffusifs sont ralentis. Ces résultats ont été confirmés via des essais de fluage sur des matériaux pré-déformés suivant différent chemin de pré-déformation (température, position de la DP dans le cycle thermique…). Le superalliage monocristallin CMSX-4 Plus a été testé de manière similaire à l'AM1 pour comprendre l'effet de la composition chimique. L'effet de la DP sur la microstructure de l'alliage est plus limité pour cet alliage par rapport à celui sur l’AM1. Par conséquent, la pré-déformation n'a pas montré de chute de la durée de vie pour le CMSX-4 Plus à des températures inférieures à 1050 °C. Par contre, pendant le fluage de CMSX-4 Plus à 1150 °C, la pré-déformation a montré un impact spectaculaire sur la durée de vie et la ductilité via les mêmes mécanismes que ceux observés pourl’AM1 à 1050 °C.Afin de régénérer les propriétés des superalliages monocristallins pré-déformés, un traitement thermique de restauration a été ajouté après la DP. Le traitement de restauration a permis de restaurer la microstructure après la DP à température ambiante avec succès, et les propriétés de fluage des matériaux restaurés sont équivalentes à celles de l'AM1 et duCMSX-4 Plus vierges de pré-déformation
Ni-based single crystal (SX) superalloys are used for turbine blade applications because of their high-temperature durability. During the production of a turbine blade, unexpected plastic deformation (PD) can be introduced to the material. In this study, SX materials were pre-deformed in between solution and aging heat treatments to mimic PD during production. Mechanical tests on the pre-deformed materials have been performed to understand the effect of the prior PD.During aging treatments of pre-deformed AM1 SX superalloy, faster coarsening of γ′ precipitates and enhanced void nucleation were observed in the vicinity of slip bands which were introduced by PD at room-temperature. During creep deformation of pre-deformed AM1 at high temperature/low stress conditions (≥ 950 °C), the microstructure coarsened bands act as diffusion induced creep damage accumulating paths, further triggering recrystallization and resulting in drastic reduction of creep properties. At low temperature/high stress conditions (≤ 850 °C), microstructure shearing was facilitated in the microstructure coarsened band and it decreased creep properties. Recrystallization was not observed at lower temperature creep because the diffusion damage was suppressed. These relationships have been explained by creep tests on pre-deformed materials prepared by different pre-deformation temperatures and heat treatment procedures.CMSX-4 Plus SX superalloy was tested similarly to AM1 to understand the effect of the chemical composition. Effect of pre-deformation on alloy’s microstructure was mild in CMSX-4 Plus compared to that in AM1. Therefore, the predeformation did no exhibit large creep life debit in CMSX-4 Plus at temperatures lower than 1050 °C. However, during creep of CMSX-4 Plus at 1150 °C, pre-deformation presented huge impact on creep life and ductility by the same mechanisms as the ones observed for AM1 at 1050 °C.In order to restore properties of pre-deformed SX superalloys, rejuvenation heat treatment was added after PD.Rejuvenation treatment successfully restored microstructure after PD at room-temperature, and creep properties of rejuvenated specimens were shown to be equivalent to that of original AM1 and CMSX-4 Plus without PD

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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux poreux – Stabilité'

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