Academic literature on the topic 'Modélisation de la précipitation'

La précipitation de phases durcissantes dans les alliages métalliques est une préoccupation industrielle et scientifique majeure. En effet, l’'ajout de quelques éléments d’'alliages, même en faible quantité, peut changer radicalement les propriétés d’'usage de bon nombre de matériaux métalliques. Or, les premiers instants de la précipitation sont, à l’'heure actuelle, mal connus. Quels sont les paramètres qui régissent la morphologie des précipités ? Pourquoi certains précipités germent-ils sur les dislocations ? Pourquoi la chimie des précipités est-elle parfois différente de celle du même matériau massif ? L’'ambition de ce mémoire n’'est pas de trouver des réponses à toutes ces questions, mais de proposer une approche qui combine les outils expérimentaux locaux (microscopies) et globaux (pouvoir thermo- électrique, diffusion des rayons X,..) à des techniques de modélisation allant de l’'échelle atomique (dynamique moléculaire, Monte-Carlo cinétique) à l’'échelle mésoscopique (théorie « classique » de la germination, thermodynamique). Dans ce mémoire, un point est fait sur les travaux que j’'ai réalisés dans ce domaine au laboratoire MATEIS et sur les collaborations qu’'ils ont impliquées. Une large place est faite aux perspectives dégagées par ces quelques années de recherche et d’'enseignement effectuées à l’'INSA de Lyon.

Plusieurs phénomènes modifient la redistribution du bore dans le silicium fortement implanté. Pendant le recuit thermique d'activation, les interactions entre les dopants et les défauts d'implantations viennent affecter et complexifier la redistribution du bore. A cela peut venir s'ajouter des phénomènes de précipitation dans les régions sursaturées en dopants. Ces interactions peuvent conduire à la désactivation partielle des dopants. Cette thèse traite en particulier de la précipitation ou mise amas du bore dans le silicium fortement implanté. Ces questions sont étudiées en sonde atomique tomographique. Des outils statistiques sont développés pour caractériser la mise en amas. Les théories non classiques de germination sont explorées pour comprendre la formation de germes dilués. Enfin, un modèle couplant diffusion et germination classique est proposé pour prédire l'allure des profils de concentration en dopant après recuit thermique.

La filtration électrostatique offre de nombreux avantages du point de vue du traitement des déchets nucléaires. En effet, elle permet de filtrer des particules d’une taille inférieure au micron, en n'engendrant ni déchets secondaires (absence de média filtrant), ni pertes de charge dans le circuit de traitement. Ce travail de thèse porte sur l'étude des décharges couronnes négatives dans l'air à pression atmosphérique intervenant dans un procédé d'électrofiltration développé par le CEA. L'objectif est de comprendre dans quelle mesure, et comment, les phénomènes extérieurs inhérents à l'électrofiltration, en particulier l'alimentation spécifique utilisée, la température et la présence des particules polluantes dans l'intervalle ou sous forme de dépôts sur les électrodes, modifient la décharge afin d'améliorer les procédés d'électrofiltration. Ce travail est basé sur une étude expérimentale fondamentale de la décharge négative ainsi que sur des simulations numériques de la décharge dans des conditions proches du fonctionnement de l'électrofiltre pilote du CEA<br>Electrostatic precipitation presents many advantages from the nuclear wastes treatment's point of view. Indeed, this kind of process can capture submicronic particles without producing secondary wastes (no filter media) and without pressure looses in the exhaust circuit. The work presented in this thesis concerns the study of negative corona discharges in air at atmospheric pressure occurring in an electrostatic precipitator (ESP) developed by the CEA (Atomic Energy Committee). The aim of this study is to determine how the electrostatic precipitation dedicated phenomena, especially the specific high voltage generator, the gas temperature and the fact that particles are flowing through the gap then collapsing on the electrodes, modify the discharge to improve the efficiency of ESPs. This work is based on a fundamental experimental study of the negative corona discharge and on numerical simulations of this discharge under conditions close to those of the lab scale ESP developed by the CEA

Le procédé industriel de précipitation oxalique conduit dans une cuve non chicanée agitée magnétiquement, le Réacteur Vortex, a été étudié sur simulant du plutonium: l'uranium. La modélisation de la précipitation nécessite un modèle de mélange pour la phase liquide continue et la résolution du bilan de population pour la phase solide dispersée. La réaction chimique étant influencée par le mélange à l'échelle moléculaire, non résolu par les codes commerciaux de CFD, un modèle de mélange en sous-maille a été introduit: les fonctions de densité de probabilités en modes finis, et couplé à un modèle de cascade d'énergie des liquides. L'évolution de la phase dispersée est résolue par une méthode de quadrature des moments, avec des cinétiques expérimentales de nucléation et de croissance, et un noyau d'agglomération fonction du cisaillement local. Le potentiel de cette approche locale, sans aucun ajustement, est renforcé par la cohérence des résultats de simulation et expérimentaux<br>Industrial oxalic precipitation processed in an unbaffled magnetically stirred tank, the Vortex Reactor, has been studied with uranium simulating plutonium. Modelling precipitation requires a mixing model for the continuous liquid phase and the solution of population balance for the dispersed solid phase. Being chemical reaction influenced by the degree of mixing at molecular scale, that commercial CFD code does not resolve, a sub-grid scale model has been introduced : the finite mode probability density functions, and coupled with a model for the liquid energy spectrum. Evolution of the dispersed phase has been resolved by the quadrature method of moments, first used here with experimental nucleation and growth kinetics, and an aggregation kernel based on local shear rate. The promising abilities of this local approach, without any fitting constant, is strengthened by the similarity between experimental results and simulations

La minéralisation induite par l'activité microbienne joue un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes passés et présents. Cette étude présente les données expérimentales de précipitation de CaCO3 à partir de cultures pures de deux types de bactéries anoxygéniques phototrophiques (APB) : Rhodovulum steppens A-20s haloalcaphilique et Rhodovulum sp. S-17-65 neutrophilique halophilique, ainsi que de cyanobactéries Gloeocapsa sp.. Ces bactéries représentent deux groupes importants d'organismes photosynthétiques depuis les temps les plus anciens jusqu'à nos jours. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif principal de caractériser les processus biologiques de précipitation de CaCO3 et d'évaluer l'existence d'un processus métabolique protégeant les bactéries étudiées contre la minéralisation de carbonates à leur surface. Pour cela, des expériences cinétiques, des mesures de potentiel zêta et d'adsorption de Ca à la surface bactérienne, couplées à des observations par Microscopie Electronique à Balayage (MEB), en Transmission (MET) et des analyses chimiques par émission et diffraction de rayons X (EDX et XRD) ont été menées. Les résultats de cette étude démontrent que les bactéries étudiées prennent une part active dans la précipitation de CaCO3 . Les mesures de potentiel zêta suggèrent l'existence d'un mécanisme de protection de la cellule pour les APB étudiées, basé sur le maintien métabolique d'une charge de surface plus positive à pH alcalin, préservant les bactéries actives de l'adsorption de Ca2+ et de la précipitation subséquente de carbonates à leur surface. L'existence d'un tel mécanisme n'est pas confirmée pour Gloeocapsa sp. Ainsi, deux mécanismes différents de nucléation de CaCO3 peuvent être mis en évidence : un premier mettant en jeu une sursaturation non-spécifique pour les bactéries anoxygéniques phototrophiques (APB), et un deuxième par nucléation spécifique au niveau de la membrane cellulaire pour les cyanobactéries Gloeocapsa sp..

Les excellentes proprietes mecaniques des superalliages leurs sont conferees par la precipitation de la phase gamma prime issue des divers traitements thermiques. L'etape de trempe qui succede a l'elaboration par metallurgie des poudres des disques de turboreacteur en superalliage a base de nickel, conditionne fortement l'etat mecanique et microstructural final du materiau. L'objectif de ce travail est de developper et de valider un modele qui decrit la cinetique de precipitation de la phase gamma prime afin d'optimiser la microstructure resultant de cette trempe. Une serie de demarches experimentales a permis d'analyser et d'identifier le comportement du materiau au cours de ce traitement thermique. L'influence de la vitesse de refroidissement sur la microstructure finale et sur l'allure de la fraction volumique transformee est etudiee experimentalement par dilatometrie de trempe et observation electronique a transmission. Ces observations montrent que la coalescence s'effectue suivant la loi de lsw et que l'on retrouve la sequence de transformation morphologique sphere cube octocube dendrite observee dans le cas des transformations anisothermes. La dilatometrie permet egalement de mettre en evidence le domaine de precipitation de la phase gamma prime. De la meme facon, l'influence de la temperature de mise en solution sur la microstructure et sur la fraction volumique f#v est analysee. De plus, les enregistrements dilatometriques permettent d'apprecier la dissolution de la phase gamma prime en cours de chauffage a partir de microstructures variees. Enfin, la microstructure du n18 en cours de refroidissement est suivie par hyper-trempe a environ 10#5 k/s dans un four concu specialement pour cette etude. Une famille tres fine de phase gamma prime est mise en evidence par met et diffusion de neutrons aux petits angles. L'ensemble des resultats obtenus permettent de valider le modele base sur la theorie classique de nucleation et les lois de coalescence de lsw et permet de rendre compte de la capacite du calcul a decrire la precipitation intragranulaire (secondaire et tertiaire) au cours de traitements thermiques divers

Ce manuscrit de thèse présente les résultats de travaux concernant les effets des transitoires thermiques sur la précipitation des phases intermétalliques dans le superalliage base nickel Inconel 718® et les conséquences de cette précipitation sur les propriétés mécaniques de cet alliage. Ces travaux se concentrent sur une approche couplée capable de décrire l’évolution de la précipitation de la phase γ'' et ses conséquences sur la limite d’élasticité de l’Inconel 718®. L’état de précipitation est modélisé grâce à l’implémentation des équations de la théorie classique de germination et de croissance, modifiées afin de prendre en compte la géométrie en plaquette des précipités γ''. Ce modèle de précipitation est ensuite validé par des données expérimentales issues de la littérature mais également d’observations au microscope électronique en transmission et d’essais de diffusion de neutrons aux petits angles. La distribution de taille de la phase γ'' ainsi simulée est utilisée comme donnée d’entrée d’un modèle de prédiction de la limite d’élasticité précipitation-dépendant. Ces limites d’élasticité simulées sont enfin comparées à des résultats expérimentaux issus d’essais de traction. Une maquette de soudage a ensuite été réalisée afin de tester le modèle de prévision de limite d’élasticité pour des transitoires thermiques, dans un cas industriel<br>This thesis manuscript presents the results of work concerning the effects of thermal transients on the precipitation of intermetallic phases in the nickel-based superalloy Inconel 718® and the consequences of this precipitation on the mechanical properties of this alloy. This work focuses on a coupled approach capable of describing the evolution of the precipitation of the γ'' phase and its consequences on the yield strength of the Inconel 718®. The precipitation state is modeled thanks to the implementation of the equations of the classical germination and growth theory, modified to take into account the platelet geometry of the γ'' precipitates. This precipitation model is then validated by experimental data from the literature but also from transmission electron microscope observations and small angle neutron scattering tests. The size distribution of the γ'' phase thus simulated is used as the input data of a model for predicting the precipitation-dependent elasticity limit. These simulated elasticity limits are finally compared with experimental results from tensile tests. A welding model was then made to test the elastic yield prediction model for thermal transients in an industrial case

Les minerais d’uranium sont généralement peu concentrés avec des teneurs en uranium inférieures à 1%. Pour éviter le transport inutile de tonnages importants sur de longues distances, des opérations de purification et de concentration s’effectuent à proximité immédiate des sites miniers. Après purification, l’uranium est précipité pour conduire à un concentré solide appelé couramment « Yellow-Cake » et contenant entre 70 et 76% d’uranium. Cette thèse apporte une contribution à l’étude du procédé de précipitation du Yellow-Cake, sous forme de peroxyde d’uranium, en réacteur à lit fluidisé. Afin de mieux comprendre tous les mécanismes mis en jeu au cours de la précipitation, nous avons développé des méthodes permettant de mettre au point un modèle de solubilité, de compléter les données cinétiques et de proposer un modèle décrivant le procédé de précipitation en réacteur à lit fluidisé. Les cinétiques de nucléation et de croissance cristalline ont été déterminées par Planteur (2013). L’identification de la loi cinétique d’agglomération consiste en la détermination du noyau d’agglomération en fonction des paramètres influençant le mécanisme d’agglomération. Plus précisément, dans le cas du peroxyde d’uranium, le mécanisme d’agglomération est caractérisé par un noyau d’agglomération constant par rapport à la taille des particules, mais proportionnel à la vitesse de croissance cristalline (ordre 1 vis-à-vis de la sursaturation) et une vitesse d’agglomération freinée significativement par une augmentation du taux de cisaillement. L’étude expérimentale du procédé de précipitation du peroxyde d’uranium en réacteur à lit fluidisé a porté sur l’influence des conditions opératoires sur la qualité du produit final obtenu : vitesse d’agitation, capacité du réacteur et teneur en sulfate. À partir des données expérimentales obtenues en réacteur à lit fluidisé sur une installation pilote, un modèle de réacteur parfaitement mélangé avec séparation de la phase solide (MSSPR) est développé avec succès pour le procédé de précipitation du peroxyde d’uranium. Le modèle proposé peut ensuite être mis à profit pour dimensionner les précipitateurs à lit fluidisé du type MSSPR<br>Currently exploited uranium deposits contain less than 1% of uranium. Once uranium ore has been extracted, it is transported to a processing plant. Purification and concentration are required in order to reduce the cost of uranium transportation. The precipitation of uranium present inside mill leach solutions produces a solid known as yellow cake. This precipitate contains around 75% uranium. This PhD thesis deals with the yellow cake precipitation process in a fluidized-bed reactor. The process produces uranium peroxide. We develop methods for studying the kinematic mechanisms that take place during the precipitation process. We provide a global model of the uranium peroxide precipitation process in a fluidized-bed reactor. Planteur (2013) studies the kinematics of uranium peroxide nucleation and crystal growth. His thesis work presents a parametric study that quantifies the influence of operating parameters on the agglomeration mechanism. The uranium peroxide agglomeration kernels are found to be particle size-independent, directly proportional of the crystal growth rate, and inversely proportional to the average shear rate. Our experiment stresses the influence of key operating parameters on the yellow cake precipitation in a fluidized-bed reactor. We investigate the effects of stirring speed, feed flow, and sulfate concentration on the uranium peroxide precipitation. We use our experimental results for modeling the precipitation process. We propose a model called Mixed Suspension Separated Product Removal (MSSPR). The successful application of this model reveals its potential for sizing fluidized-bed reactors at the industrial scale

Les procédés de précipitation polyphasique font intervenir de nombreux phénomènes tels que le mélange, le transfert de matière, les processus de précipitation. Face à la complexité des phénomènes, la connaissance de ces procédés reste limitée. Une première étude porte sur un système modèle facile à mettre en œuvre : la précipitation de carbonate de baryum à partir de dioxyde de carbone pur et de solutions d'hydroxyde de baryum. Ces travaux ont permis de dégager les grandes tendances de cette précipitation, de hiérarchiser l'influence des paramètres opératoires et des régimes de fonctionnement. Afin de ne laisser aucun paramètre libre dans le modèle, le transfert de matière gaz-liquide est déterminé dans notre cas d'étude où le gaz réactif pur est presque entièrement consommé dans le réacteur. De même, les cinétiques de précipitation (nucléation, croissance) sont déterminées puis injectées dans le modèle. La seconde étude, plus complexe et plus difficile à réaliser, met en œuvre la précipitation 'solide - gaz - liquide - solide' d'un produit industriel (P)<br>Polyphasic precipitation processes implement many phenomena such as mixing, mass transfer, precipitation mechanisms. Due to the complexity of the phenomena, the knowledge of these processes remains limited. The first study is based on a model system : the precipitation of barium carbonate using pure carbon dioxide and barium hydroxide solutions. This work allowed us to determine the influence of operating parameters and of the operating mode. In order to fix all the parameters of the model, the gas - liquid mass transfer is determined in our particular case where nearly all the reactant gas is consumed in the reactor. The precipitation kinetics (nucleation, crystal growth) are also determined and injected in the model. The second study, more complex, implements a 'solid - gas - liquid - solid' precipitation of an industrial product (P)