Search

La qualification et l'étalonnage d'instruments de mesure des aérosols nécessitent le recours à des moyens de génération stables, contrôlés et répétables. Si la plupart des générateurs ont besoin d'une source d'air comprimé, le système présenté ici possède l'avantage d'être auto-alimenté en air propre et sec, et portatif. L'air sous pression est injecté verticalement à un débit compris entre 1 et 5 L/min jusque dans un réceptacle contenant la poudre à disperser. La poudre mise en suspension transite ensuite vers la sortie du générateur par l'intermédiaire d'un cône élutriateur. Ce générateur présente l'avantage d'utiliser de très faibles quantités de matière première et permet de délivrer des concentrations adaptées, notamment, aux tests des compteurs optiques. Le dispositif est agité à l'aide d'un moteur à masse oscillante dont la fréquence de vibration est réglable par l'utilisateur., The qualification and calibration of aerosol measuring instruments require the use of stable, controlled and repeatable generation means. While most generators need a source of compressed air, the system shown here has the advantage of being self-supplied with clean, dry air, and portable. The pressurized air is injected vertically at a flow rate between 1 and 5 L/min into a receptacle containing the powder to be dispersed. The resuspended powder then passes to the generator outlet via an elutriator cone. This generator has the advantage of using a very small amount of powder and makes it possible to deliver concentrations suitable, in particular, for the tests of optical particle counters. The device is agitated by means of an oscillating mass motor whose vibration frequency is adjustable by the user.

This work present in this thesis consists of experimental and theoretical experiments ranging from multidisciplinary areas to improve the reflectance of copper. The Cu powder is used as feedstock in the 3D printing process also called Laser Powder Bed Fusion or Selective Laser Melting. Specifically, the powder bed process means that the powder material is spread in layers and fused to form a new object. The main objective of this work is to demonstrate that amorphous carbon-based films deposited by magnetron sputtering on Cu substrates are a potential strategy to reduce the energy input of 3D printing using a laser as a power source. The addition of amorphous carbon must not influence the properties of Cu, such as the conductivity of the printed object. The first part of this thesis consists of optimizing the properties of the film to be deposited on the Cu. Two films were deposited: amorphous a-C carbon films and amorphous a-C:SS carbon-metal films (composed of 50% stainless steel metals like Fe, Ni, Cr and, 50% of carbon). The deposition of these films is in the ballistic plasma regime. The next step demonstrated that amorphous films can reduce the reflectance of the copper substrate by up to 80% in the infrared wavelength. The reduction happens when adding the minimum quantities of material to preserve the Cu characteristics. Thus, the choice is a-C ultra-thin films. These films reduce the reflectance due to interference phenomena and losses. This reduction led to a 40% reduction in laser energy input when using 25 nm a-C films while maintaining a quality Cu weld. Another topic of interest in this work is the mechanisms of charges' evacuation mainly when using an electron beam as an energy source. Several effects were observed when passing a current through the powder, the most prominent is a transition from the insulator to the conducting state at specific compressions and polarizations. It can be assumed that the transition depends on the electrostatic charges, the micro-contact’s heating effect, and the grain size. Smaller grain size distribution submitted to low currents (< 0.30 mA), demonstrated that the small powder in this configuration is more sensitive to compression and the transition insulator to a conductor is harder to observe., Le travail présenté dans cette thèse consiste en des expériences expérimentales et théoriques allant de domaines multidisciplinaires à l'amélioration de la réflectance du cuivre. La poudre de cuivre est utilisée comme matière première dans le processus d'impression 3D également appelé fusion laser sur lit de poudre ou fusion sélective par laser. Plus précisément, le lit de poudre signifie que le matériau en poudre est étalé en couches et fusionné pour former un nouvel objet. L'objectif principal de ce travail est de démontrer que les films à base de carbone amorphe déposés par pulvérisation cathodique magnétron sur des substrats en Cu sont une stratégie potentielle pour réduire l'apport énergétique de l'impression 3D utilisant un laser comme source d'énergie. L'ajout de carbone amorphe ne doit pas influencer les propriétés du Cu, comme la conductivité de la pièce produite. La première partie de cette thèse consiste à optimiser les propriétés du film à déposer sur le Cu. Deux films ont été déposés : des films de carbone a-C amorphe et des films carbone-métal a-C:SS amorphe (composé de 50% de métaux en acier inoxydable comme Fe, Ni, Cr et 50% de carbone). L'étape suivante a été de montrer que les films amorphes peuvent réduire la réflectance du substrat de cuivre jusqu'à 80% dans la longueur d'onde infrarouge. Cette réduction se produit en ajoutant les quantités minimales de matériau pour préserver les caractéristiques du cuivre. Ainsi, le choix du film se porte sur des films a-C ultra-minces. Ces films a-C réduisent drastiquement la réflectance due aux phénomènes d'interférence et aux pertes. Cette réduction a conduit à une diminution de 40% de l'apport d'énergie laser lors de l'utilisation de films a-C de 25 nm avec une fusion de qualité du Cu. Un autre sujet d'intérêt dans ce travail est la compréhension des mécanismes sur l’évacuation de charge d’une poudre de cuivre surtout lorsqu'on utilise un faisceau d'électrons comme source d'énergie. Plusieurs effets ont été observés lors du passage d'un courant à travers la poudre, le plus important étant une transition de l'état isolant à l'état conducteur pour des compressions et des polarisations spécifiques. On peut supposer que la transition dépend des charges électrostatiques, de l'effet de chauffage du microcontact et de la taille des grains. La distribution des grains de petite taille soumise à de faibles courants (< 0,30 mA), a démontré que cette configuration est plus sensible à la compression et que la transition de l'état isolant à l'état conducteur est plus difficile à observer.

Hot Isostatic pressing process is based on the densification of metals powders to near net shape parts with higher mechanicals properties than forged chemical equivalent. The precursor material can influence the parts properties. Thus the aims of this these is to understand the influence of the powder properties on the HIP parts. The particles characterization and the elements and compound monitoring during the HIP cycle allowed to understand the different oxidations phenomenons and their impact on the mechanical properties of parts. The comparison of differents powders batches with identical particles size repartition or identical chemical composition showed that the chemical composition affect the phases and the grains size of the material while the particle grains size repartition only affect the compaction rate. These results bring a possibility of deformations optimization during HIP to manufactured near net shape part whit high mechanical properties. Models developed in this study allow an identification of the batch utilization in accordance with its properties., La compaction isostatique à chaud est une technologie basée sur le frittage de poudre métallique pour obtenir des pièces denses, au plus près de la forme "Near net shape" et avec des propriétés mécaniques supérieures à une pièce forgée du même matériau. Les propriétés des pièces étant dépendantes des caractéristiques du matériau précurseur, l’influence de ce dernier a été étudiée. La caractérisation des particules de poudres ainsi que le suivi des différents éléments et composé au cours du cycle de compaction a permis de mieux comprendre les différents phénomènes d’oxydations et leurs influences sur les propriétés mécaniques des pièces. La comparaison de différents lots de poudre de granulométrie ou de composition identiques a mis en évidence que la composition de l’alliage influence les phases présentes et la taille des grains alors que la granulométrie n’influence que le taux de compaction des pièces. Ces résultats permettent d’optimiser la déformation des pièces pour permettre la réalisation de pièces au plus près de la forme tout en conservant les propriétés mécaniques des pièces. Les différents modèles réalisés permettent d’identifier les possibilités d’un lot de poudre suivant ses propriétés.

Dans la seconde moitié du XVIIIe siècle, les pratiques du maquillage sont répandues dans tous les théâtres du royaume. Cet article interroge les conditions d’émergence de ce marché spécifique et les modalités de l’approvisionnement. Il présente la diversité des produits, celle de leurs qualités et de leurs applications. Il souligne aussi, en lien avec l’évolution des conditions matérielles de la représentation, que toutes ces questions participent au débat des Lumières sur la figure de l’acteur., In the second half of the 18th century, make-up practices were widespread in all the theatres of the kingdom. This article examines the conditions of emergence of this specific market and the ways in which it was supplied. It presents the diversity of products, their qualities and their applications. It also underlines, in connection with the evolution of the material conditions of the performance, that all these questions participate in the Enlightenment debate on the figure of the actor.

Additive Manufacturing (AM) recently became an attractive manufacturing process in several industrial fields such as aeronautics, aerospace and automotive. The exploitation of AM processes for the nuclear industry is currently being studied in different countries. The AM enables the creation of optimized parts with complex geometries impossible to manufacture with conventional processes. This thesis aims to determine the potential contribution of AM processes for the production of metal components for various nuclear applications including future Generation IV reactors. First, the microstructural and mechanical properties of 316L stainless steel parts built by Selective Laser Melting (SLM) process are presented. Three thematics were assessed in this study: the SLM process parameters, the powder characteristics and two post heat treatments (700 ° C-1h and hot isostatic pressing: 1100 ° C-3h under 1800 Bar). Their effects on microstructure and mechanical properties were analyzed. Tensile properties of 316L steel specimens were measured and compared to those of forged 316L steel described in the nuclear field by RCC-MRX standards. The results obtained are superior to those of the standard and comparable to those of a forged steel. This thesis contributes to a better understanding of interactions between the process parameters, the microstructure and the mechanical properties.; Dans le domaine de la métallurgie, la fabrication additive (FA) est un procédé de mise en forme des matériaux en pleine expansion dans plusieurs secteurs industriels tels que l’aéronautique, le spatial et l’automobile. L’exploitation des procédés de FA pour des applications dans l’industrie nucléaire est actuellement en cours d’étude dans différents pays. La FA permet d’élaborer des pièces optimisées avec des géométries complexes impossibles à réaliser avec les procédés conventionnels. Dans ce cadre, les travaux réalisés au cours de cette thèse visent à déterminer l’apport potentiel des procédés de FA pour la réalisation de composants métalliques pour diverses applications nucléaires dont les futurs réacteurs de Génération IV. Cette thèse présente les propriétés microstructurales et mécaniques de pièces en acier inoxydable 316L réalisées par procédé de fusion laser sélective sur lit de poudre (SLM, Selective Laser Melting). Trois thématiques ont été abordées dans cette étude : les paramètres du procédé SLM, les caractéristiques de la poudre et deux post-traitements thermiques (700°C-1h et compression isostatique à chaud : 1100°C-3h sous 1800 Bar). Leurs effets sur la microstructure et les propriétés mécaniques ont été analysés. Les propriétés en traction sur des éprouvettes en acier 316L ont été mesurées et comparées à celles d’un acier 316L forgé décrit par la norme RCC-MRX utilisée dans le domaine du nucléaire. Les résultats obtenus sont supérieurs à ceux de la norme et comparables à ceux d’un acier forgé. Cette thèse a permis de mieux cerner les interactions entre les paramètres liés au procédé, la microstructure et les propriétés mécaniques.

Les méthodes dites de dustiness sont de plus en plus reconnues comme pertinentes dans le cadre de l'évaluation a priori des expositions des travailleurs manipulant des nanomatériaux en poudres. Or, dans une volonté de réduction du risque dès la conception des produits (approche « safe-by-design »), il serait intéressant de connaître les relations potentielles liant les propriétés physico-chimiques des poudres aux caractéristiques des aérosols qu'elles peuvent émettre lors d'une sollicitation mécanique. Dans ce travail, nous montrons que les indices de pulvérulence en nombre de quinze poudres nanométriques d'oxydes métallliques déterminés avec la méthode de dustiness Vortex Shaker augmentent avec les surfaces spécifiques des poudres et la diminution de leurs densités bulk. L'humidité de conditionnement des poudres n'affecte pas de manière significative les relations trouvées. La distribution granulométrique des aérosols n'est en revanche pas liées aux propriétés des poudres d'après nos résultats. La surface spécifique et la densité bulk pourraient à l'avenir être considérées dans une approche « safe by design » pour réduire les potentiels d'émission des nanomatériaux en poudres si ces tendances se confirment

The Selective Laser Melting Process (SLM) consists in manufacturing metallic parts by melting successive powders layers. This new additive manufacturing method allows building new complex geometries that can help lighten structures, such as lattice parts. However, the mechanical properties of additive manufacturing parts are still an industrial concern, especially for high cycle fatigue behavior. Such parts can indeed comprise surface and internal pores that can be deleterious to mechanical properties. The goal of this thesis is to characterize the influence of porous defects on the high cycle fatigue fatigue performance of 316L SLM parts. Firstly, some key SLM parameters that can control the porosity and the microstructure of fabricated parts were quantified. A distinction between the pore types was proposed, and their characteristics were related to the volumetric energy density delivered by the laser. The microstructure was also investigated, with a focus on crystallographic orientation and grain size, depending on the melt pool overlap and morphology. Secondly, using X-ray tomography, a parametric research was conducted to generate and characterize optimized fatigue samples with a minimal amount of pores. Such samples were used as a reference for other fatigue samples containing various randomly distributed pore populations, with similar microstructures. The relative influence of different internal pore populations on the high cycle fatigue endurance was quantified, for similar surface pore population. Finally, deterministic pores with controlled morphology, position and various dimensions were generated after a detailed parametric optimization. A specific internal crack initiation threshold was evidenced for deterministic defects, which was supposed to be linked to the local gaseous environment during crack initiation and propagation, Le procédé de fusion laser sélective de lit de poudre, également appelé SLM, permet de fabriquer des pièces métalliques en fusionnant des couches de poudre. Cette méthode novatrice donne accès à un large éventail de pièces aux géométries complexes, permettant notamment d’alléger les structures. Toutefois, la bonne tenue mécanique de ce type de pièces, en particulier dans le domaine de la fatigue, reste un enjeu industriel majeur. Les pièces élaborées par SLM peuvent en effet contenir des pores (débouchants ou internes) pouvant détériorer leurs propriétés mécaniques. Les travaux réalisés ont pour but de caractériser l’influence de défauts poreux sur l’endurance en fatigue à grand nombre de cycles de pièces en acier 316L fabriquées par SLM, et s’articulent autour de trois parties. La première consiste à identifier les paramètres de fabrication SLM contrôlant la densification et la microstructure des pièces. Une distinction sera faite entre les différents types de pores créés, dont la morphologie et les dimensions dépendent des conditions énergétiques de l’interaction laser-matière. Les pores créés seront mis en perspective par la microstructure du matériau brut, dont l’orientation cristallographique et la taille de grain est principalement reliée au recouvrement et la morphologie des cordons. Le deuxième aspect des travaux a consisté à utiliser les résultats de la recherche paramétrique pour générer des éprouvettes de fatigue contenant différentes populations de défauts aléatoires (stochastiques) internes observées en tomographie à rayons X, tout en conservant des microstructures similaires. L’influence relative des populations de défauts internes créées sur l’endurance en fatigue est quantifiée et comparée à la tenue d’éprouvettes optimisées contenant un taux de porosité minimal. Enfin, des défauts modèles internes (déterministes) aux dimensions variables, et dont la position et la morphologie sont contrôlées, ont été générés après optimisation paramétrique dans des pièces denses. Un seuil d’amorçage sur défaut interne par rapport aux défauts de surface a ainsi pu être dégagé, et pourrait être lié à l’environnement gazeux local lors de l’amorçage et la propagation de la fissure

Les méthodes dites de dustiness sont de plus en plus reconnues comme pertinentes dans le cadre de l'évaluation a priori des expositions des travailleurs manipulant des nanomatériaux en poudres. Bien que décrites dans des normes récentes, ces méthodes nécessitent encore l'étude de l'influence de paramètres tels que l'humidité des poudres ou la vitesse d'agitation des dispositifs mécaniques pour améliorer la maîtrise des conditions d'essais. Nous montrons ici que l'humidité de conditionnement des poudres avant des essais de dustiness avec la méthode du Vortex Shaker telle que décrite dans la norme (vitesse d'agitation de1800 rpm) n'influence pas significativement les résultats de pulvérulence et les distributions granulométriques des aérosols émis. En revanche, des vitesses d'agitation réduites combinées à une humidité relative de conditionnement de 80% impactent les résultats.

International audience; Titanium alloy powders, mostly the Ti-64 alloy with composition Ti-6Al-4V (wt.%), are extensively used for biomedical and high-demanding applications, e.g. in aeronautics. Advanced powder metallurgy processes like additive manufacturing are strong drivers for the production of high quality powders, insuring a good rheological behavior, a low porosity level in the parts and an adequate roughness. Ideally, fine spherical particles with no volume and surface defects are aimed at. Inert gas atomization is a process that is able to produce clean powders for such applications, especially for AM. To avoid the chemical reaction of titanium with the commonly used alumina crucibles, a crucible-free configuration has been designed in the EIGA process (Electrode induction melting Inert Gas Atomization). Two EIGA facilities are currently available in France for R&D purposes: a one-liter (nominal rod diameter/length (mm): 50/500) labscale facility at ONERA and an eight-liter capacity (100/1000) industrial-scale facility at the MetaFensch Institute. Using the smaller facility to screen and optimize atomization parameters and transfer them to the bigger facility is a tempting approach. This communication will show the characteristics of Ti-64 powders produced in both facilities, in terms of particle shape, particle size distribution, presence of satellites and porous particles.; Les poudres d'alliage de titane, principalement l'alliage Ti-64 de composition Ti-6Al-4V (% en masse), sont largement utilisées pour les applications biomédicales et les applications les plus exigeantes, par exemple en aéronautique. Les procédés avancés de métallurgie des poudres, tels que la fabrication additive, sont demandeuses de poudres de haute qualité, assurant un bon comportement rhéologique, un faible niveau de porosité des pièces et une rugosité adéquate. Idéalement, les fines particules sphériques non poreuses et sans défauts de surface sont recherchées. L'atomisation par gaz inerte est un procédé capable de produire des poudres propres pour de telles applications, en particulier pour la fabrication additive. Pour éviter la réaction chimique du titane avec les creusets en alumine couramment utilisés, une configuration sans creuset a été conçue dans le procédé EIGA (Electrode induction melting Inert Gas Atomization). Deux installations EIGA sont actuellement disponibles en France à des fins de recherche et développement : une installation à l'échelle du laboratoire d'un litre (diamètre nominal de la tige / longueur (mm): 50/500) à l'ONERA et une installation à échelle industrielle d'une capacité de huit litres (100/1000) à MetaFensch. Utiliser la plus petite installation pour optimiser les paramètres de pulvérisation et les transférer dans une installation plus grande est une approche tentante. Cette communication montrera les caractéristiques des poudres de Ti-64 produites dans les deux installations, en termes de forme des particules, de répartition granulométrique, de présence de satellites et de particules poreuses.

The use of biomass as a source of energy has increased in recent years. Whatever the application, the potential of the raw materials, such as cereal or wood by-products (CBP/WBP), needs to be enhanced by grinding processes to ensure the best conversion into energy vectors. However, the energy consumption by the grinding step could vary significantly according to the mechanical properties of the biomass, the process parameters and the targeted size. In this work, we study the influence of the mechanical stress generated by the grinder on the properties of the ground powder (size distribution, particle shape), and on the required energy. The materials were ground in a laboratory ball mill in impact and attrition modes with the same input of energy. Results showed that grinding kinetics were faster with impact than attrition, initial particle sizes being reduced by 98% in 10 and 40 minutes, respectively. An agglomeration index was defined as the ratio between specific surface areas determined with and without ultrasonic treatment. Powder obtained by impact displayed an agglomeration index of 0.5 (CBP) and 0.4 (WBP) after 60 minutes of grinding whereas in attrition this index was lower around 0.4 and 0.2 after 200 minutes of grinding. Moreover, in terms of energy, impact mode seemed to be more energy efficient than attrition., Proceedings of the 26th European Biomass Conference and Exhibition, 14-17 May 2018, Copenhagen, Denmark, pp. 567-571

Thèse dirigée par Patrick Fridenson (Directeur d’étude ÉHESS), soutenue le 2 décembre 2017, devant un jury composé de Kenneth Bertrams (Professeur Université Libre de Bruxelles), Anne Dalmasso (Professeure Université de Grenoble-Alpes), Hervé Joly (Directeur de recherche CNRS), Ernst Homburg (Professeur Université de Maastricht) et Anne Rasmussen (Professeure Université de Strasbourg). Résumé : L’industrie chimique française est une industrie qui apparait alanguie au début du siècle et distan...

Buildings account for almost the half of the total energy consumption (60% for heating and cooling) and CO2 emissions in Europe. Thus, the control of energy consumption in building appears as critical. In that perspective, "super-thermal insulating" materials such as vacuum insulation panels (VIP) are promising, both for buildings renovation, and for new energy-efficient constructions. A VIP is composed by a sealed core material in which vacuum is established. The core is made of an open nanoporous stack of silica powders with very high porosity (> 90%) and very fine porous structure (< 200 nm). Two types of silica are typically used: first fumed silica (FS) which enable to process panels with a sufficient compression strength for handling for a density as low as 160 kg/m3, second precipitated silica (PS) which enable to process denser panels with a minimal density of about 250 kg/m3. VIPs made of FS powders are more efficient in terms of thermal and mechanical properties as compared of VIP made of PS powders. However, their price is higher. This study aims at understanding the differences in mechanical properties noted between compacted FS and PS powders. Oedometric compression tests and spherical indentation test were carried out on compacts of Konasil 200 FS silica and on compacts of Tixosil 43 and 365 PS silica. In addition, structural observations of the powders were made using transmission electron microscopy (TEM) and small angle X-ray scattering (SAXS). These results permit to identify the parameters leading differences between FS and PS powders. Thus, surface chemistry, multiscale organization and interactions forces are highlighted to explain the differences in mechanical properties between compacts of FS and PS silica.; En Europe, le secteur du bâtiment représente près de la moitié de la consommation énergétique totale (dont 60 % pour le chauffage et la climatisation) et des rejets de CO2. Ainsi, une maîtrise de la consommation énergétique dans différents secteurs (bâtiment, transports et industrie) est nécessaire. L’utilisation de matériaux « super-isolants » thermiques tels que les panneaux isolants sous vide (PIV) dans la rénovation et dans de nouvelles constructions à très faible consommation énergétique sont prometteurs. Un PIV est composé d’un matériau de cœur thermoscellé dans une enveloppe hermétique mise sous vide. Le cœur est constitué d’un empilement de nano poudres de silices à très forte porosité (> 90%) et à très fine structure poreuse (< 200 nm). Deux types de silices sont utilisés : les silices pyrogénées (FS) avec lesquelles on obtient des PIV manipulables pour une densité de cœur de 160 kg/m3 après compaction contre 250 kg/m3 pour les silices précipitées (PS). Les PIV à base de silices FS sont plus efficaces thermiquement et mécaniquement que ceux à base de silice PS, mais restent plus coûteux. Cette étude propose de comprendre les différences de propriétés mécaniques entre les compacts de silice FS et PS. Ainsi, les comportements en compression œdométrique et en indentation sphérique d’une silice pyrogénée Konasil 200 et de deux silices précipitées Tixosil 43 et 365 ont été analysés. Ceux-ci sont complétés par des observations structurales en microscopie électronique à transmission (MET) et en diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS). Le couplage de ces résultats à l’étude du vieillissement et de la structure multiéchelles des poudres permet d'identifier les causes des écarts des propriétés observées entre silices FS et PS. Ainsi, l’impact de la chimie de surface et de l’organisation multiéchelles entre les objets observés est mis en évidence pour expliquer les différences de propriétés mécaniques entre silices FS et PS.

Cold spray process is based on spraying particles carried by a gas at a supersonic speed onto a substrate. Particle deformation during impact with the substrate creates a coating. This spraying process can retain particle microstructure and produce very dense coating. This property is crucial for anticorrosion applications. The aim of this work is to understand the effect of cold spray aluminum coating microstructure on marine corrosion mechanisms. To achieve this goal, several aluminum powders (including pure aluminum, aluminum alloys and mixtures with alumina) are sprayed onto a steel substrate. Coating microstructure is studied down to a nanoscale (TEM). The coating-substrate bond strength is determined using pull-off testing. From a thorough microstructure study, various mechanisms are proposed to explain multiscale porosity formation in coatings. A numerical study using finite elements modeling complements this microstructure analysis. From particle speed (DPV-2000) and temperature (thermal camera) measurements during impact, new material models are optimized to model aluminum and alumina behavior at particle impact. Moreover, corrosion tests are conducted (including immersion and salt spray tests). The study of corroded coating microstructures is used to identify corrosion mechanisms which occur in the coating. A relationship between coating porosity and its corrosion behavior is particularly brought into light. Finally, a first approach to a technological transfer of this process to an industrial application is proposed.; Le principe de la projection dynamique par gaz froid ou « cold spray » repose sur la projection de particules de poudres convoyées par un gaz à des vitesses supersoniques vers un substrat. La déformation des particules à l’impact avec ce dernier permet la construction d’un dépôt. Ce procédé permet de conserver la microstructure des particules de poudre et de produire des dépôts peu poreux. Cette dernière caractéristique est essentielle dans le cadre d’applications anticorrosion. L’ambition de la thèse est de comprendre le rôle de la microstructure sur les mécanismes de corrosion marine d’un dépôt à base d’aluminium élaboré par cold spray. Pour atteindre cet objectif sont projetées des poudres à base d’aluminium (aluminium pur, alliages d’aluminium et mélanges avec ajout d’alumine) sur un substrat en acier. Les microstructures des dépôts sont étudiées jusqu’à l’échelle nanométrique (MET). L’adhérence des dépôts est mesurée par l’essai de plot collé. A partir des microstructures sont proposés plusieurs mécanismes de formation de la porosité dans un dépôt cold spray à différentes échelles. Une étude numérique par éléments finis complète cette analyse microstructurale. Grâce aux mesures de la vitesse (DPV-2000) et de la température (caméra thermique) d’impact des particules, les paramètres de nouveaux modèles matériau sont optimisés pour simuler le comportement de l’aluminium et de l’alumine à l’impact. De plus, plusieurs essais de corrosion marine (immersion et brouillard salin) sont conduits. L’étude des microstructures corrodées permettent d’établir différents mécanismes de corrosion du dépôt cold spray. Un lien entre la porosité du dépôt et son comportement en corrosion est notamment montré. Enfin, une première approche du transfert de technologie du procédé à l’échelle industrielle est décrite.

Cold spray process is based on spraying particles carried by a gas at a supersonic speed onto a substrate. Particle deformation during impact with the substrate creates a coating. This spraying process can retain particle microstructure and produce very dense coating. This property is crucial for anticorrosion applications. The aim of this work is to understand the effect of cold spray aluminum coating microstructure on marine corrosion mechanisms. To achieve this goal, several aluminum powders (including pure aluminum, aluminum alloys and mixtures with alumina) are sprayed onto a steel substrate. Coating microstructure is studied down to a nanoscale (TEM). The coating-substrate bond strength is determined using pull-off testing. From a thorough microstructure study, various mechanisms are proposed to explain multiscale porosity formation in coatings. A numerical study using finite elements modeling complements this microstructure analysis. From particle speed (DPV-2000) and temperature (thermal camera) measurements during impact, new material models are optimized to model aluminum and alumina behavior at particle impact. Moreover, corrosion tests are conducted (including immersion and salt spray tests). The study of corroded coating microstructures is used to identify corrosion mechanisms which occur in the coating. A relationship between coating porosity and its corrosion behavior is particularly brought into light. Finally, a first approach to a technological transfer of this process to an industrial application is proposed.; Le principe de la projection dynamique par gaz froid ou « cold spray » repose sur la projection de particules de poudres convoyées par un gaz à des vitesses supersoniques vers un substrat. La déformation des particules à l’impact avec ce dernier permet la construction d’un dépôt. Ce procédé permet de conserver la microstructure des particules de poudre et de produire des dépôts peu poreux. Cette dernière caractéristique est essentielle dans le cadre d’applications anticorrosion. L’ambition de la thèse est de comprendre le rôle de la microstructure sur les mécanismes de corrosion marine d’un dépôt à base d’aluminium élaboré par cold spray. Pour atteindre cet objectif sont projetées des poudres à base d’aluminium (aluminium pur, alliages d’aluminium et mélanges avec ajout d’alumine) sur un substrat en acier. Les microstructures des dépôts sont étudiées jusqu’à l’échelle nanométrique (MET). L’adhérence des dépôts est mesurée par l’essai de plot collé. A partir des microstructures sont proposés plusieurs mécanismes de formation de la porosité dans un dépôt cold spray à différentes échelles. Une étude numérique par éléments finis complète cette analyse microstructurale. Grâce aux mesures de la vitesse (DPV-2000) et de la température (caméra thermique) d’impact des particules, les paramètres de nouveaux modèles matériau sont optimisés pour simuler le comportement de l’aluminium et de l’alumine à l’impact. De plus, plusieurs essais de corrosion marine (immersion et brouillard salin) sont conduits. L’étude des microstructures corrodées permettent d’établir différents mécanismes de corrosion du dépôt cold spray. Un lien entre la porosité du dépôt et son comportement en corrosion est notamment montré. Enfin, une première approche du transfert de technologie du procédé à l’échelle industrielle est décrite.

Vortex-shakers prove to be efficient devices for studying the dustiness of powders. The position of an alumina particle in an agitated test tube has been followed by PEPT (Positron Emission Particle Tracking). Population densities were computed as the frequency of the particle’s presence in different regions of the test tube. The velocities of the particle were calculated by filtering out all displacements inferior to a critical distance dcrit so as not to consider spurious movements caused by experimental noise. After its validation, the methodology was applied to the standard condition of a vortex shaker experiment (ω = 1500 rpm, 2 g of powder and open test tube). While the horizontal coordinates and velocity components follow a symmetric distribution, the vertical coordinate is characterised by a large asymmetrical plateau. The heights reached by the particle (up to 24.3 mm) are small in comparison to that of the test tube (150 mm). The greatest velocities are found near the inner wall of the test tube and at the highest heights where the population densities are the lowest. The method explicated in the present study is directly applicable to any other sets of data obtained through PEPT, especially if the system is of small dimension., Pour étudier la pulvérulence des poudres, l’utilisation d’un agitateur vortex s’avère être efficace. La position d’une particule d’alumine dans un tube à essai agité a été suivie par la technique PEPT (Positron Emission Particle Tracking). Les densités de population ont été approximées comme étant la fréquence de la présence de la particule dans différentes régions du tube. La vitesse de la particule a été calculée après avoir éliminé tous les déplacements inférieurs à une distance critique dcrit afin de ne pas considérer les faux mouvements causés par le bruit d’acquisition. Après sa validation, la méthodologie fut appliquée aux conditions standards d'une expérience avec l'agitateur vortex (ω = 1500 rpm, 2 g de poudre et tube à essai ouvert). Les coordonnées et la vitesse horizontales sont caractérisés par une distribution symétrique tandis que la coordonnée verticale est caractérisée par un large plateau asymétrique. Les hauteurs atteintes par la particule (jusqu'à 24.3 mm) sont petites en comparaison à celle du tube à essai (150 mm). Les vitesses les plus grandes se trouvent près de la paroi du tube à essai et aux hauteurs les plus élevées où la densité de population est la plus basse. La méthode présentée dans ce travail est directement applicable à tout autre jeu de données obtenu avec la technique PEPT, particulièrement si le système est de petite taille.

The selective laser melting (SLM) process allows to produce dense metal parts directly from the melting of successive powder layers. However, many technical issues are still to overcome for making SLM a fully viable manufacturing process. This is the case of surface finishing and the systematic occurrence of porosities, which require post machining steps. Up till now, the origin of porosities remains unclear but is expected to be related to the stability of the process. This thesis proposes an original study of the laser-powder-melt pool interaction on 316 L and on two aluminum alloys (5086 and 4047) before studying the material’s densification conditions. The work is structured in two parts. In the first part, an experimental study of the laser-matter interaction has been carried out on an instrumented SLM setup equipped with a fast camera (>10 000 images /s). The conditions of formation of metal ejections, denudation and hydrodynamics of melt pool (including humping) have been characterized and quantified. All these phenomena are related to the high power densities used in SLM, which favor keyhole regime and vaporization. The aim of the second part of this work was to characterize the origin and the porosity fraction on an SLM machine. A first correlation has been made between the dimensions of the fusion beads and the densification conditions. A strong interaction (Rayleigh scattering or absorption) has been observed between the incident laser beam and the nanoparticles contained in the metal vapor column: this interaction is responsible for the significant dispersion of melting depths., Le procédé de fusion sélective « lit de poudre » (SLM) permet d'élaborer des pièces métalliques bonne matière (denses) directement à partir de la fusion de couches de poudres successives. De nombreux problèmes techniques doivent encore être surmontés pour faire du SLM un processus de fabrication entièrement viable. C'est le cas de l’état de surface et de l'apparition systématique de porosités, qui nécessitent des étapes de post-traitements. Jusqu'à présent, l'origine de la porosité reste incertaine mais est supposée être liée à la stabilité du procédé. Cette thèse propose une étude originale de l'interaction laser-poudre-bain liquide sur 316L et sur deux alliages d’aluminium (5086 et 4047) avant d’étudier les conditions de densification de la matière. Le travail de cette thèse s’articule en deux parties. Dans la première partie, une étude expérimentale de l’interaction laser-matière a été effectuée sur un banc instrumenté à partir d’imagerie par caméra rapide (>10 000 images /s). Les conditions de formation des éjections métalliques, de dénudation en poudre, l’hydrodynamique des zones fondues (dont le humping) ont été caractérisées et quantifiées. Tous ces phénomènes sont liés aux fortes densités de puissance utilisées en SLM, qui favorisent le régime de keyhole et la vaporisation. La deuxième partie de ce travail de thèse a consisté à évaluer l’origine et le taux de porosités sur une machine SLM. Une formulation analytique de la densification, dépendante d’un paramètre énergétique VED, a été validée par une étude expérimentale de l’évolution du taux de porosité, quelle que soit l’épaisseur de poudre. Un premier lien a été réalisé entre les dimensions des cordons de fusion et les conditions de densification. Enfin, une forte interaction (diffusion de Rayleigh ou absorption) a été observée entre le faisceau laser incident et les nanoparticules contenues dans la colonne de vapeur métallique, à l’origine de la dispersion importante des profondeurs de fusion.

International audience; This chapter focuses on nuclear magnetic resonance relaxation, pulsed field gradients NMR, and magnetic resonance imaging applied to the characterization of dairy products and dairy processes. This chapter is an updated version of a previously published review (Mariette F. Nuclear magnetic resonance: principles. In: Fuquay JW, Fox PF, Mc Sweeney PLH, editors. Encyclopedia of dairy sciences. 2nd ed. San Diego: Academic Press; 2010). This chapter is organized in several parts. The first part provides an overview on the interpretation of water NMR relaxation and its application in dairy systems. It starts with diluted models where the diffusion exchange is fast and only chemical exchange and molecular mobility are considered. Next, the regime of slow diffusion exchange is considered and applications to concentrated and complex systems are discussed. The second part of this chapter focuses on the special case of fat relaxation in the liquid and solid states. The third part includes all the aspects related to the use of the pulsed field gradient NMR technique for water diffusion and molecular probe diffusion. The fourth part provides some insights into applications of magnetic resonance imaging. This chapter is dedicated to Brian Hills for his impressive contribution to NMR science and its application in food.

Article soumis; The control of the wet agglomeration processes of powders depends on the contribution of the characteristics of the native powders. The objective of this work is to specifically investigate the contribution of the size distribution (d50 and span) and composition (the protein contents) of the native particles, on the dimensional and structural characteristics of the wet agglomerates. Different fractions of native semolina with contrasted size properties (d50 and span) and protein content are used as raw materials. The wet granulation is conducted using a low shear granulator and liquid spraying condition at constant dimensionless spray flux. The structure properties are evaluated by the distribution of the measured values of the size, water content and compactness. We observed specific effects of the span and the median diameter of native powders on the size distributions of the wet agglomerates. Using small native particles (d50 < 250 μm) improves the homogeneity of the size distributions. Using slightly dispersed native particles (span < 1.0) leads to a better uniformity on the size distributions. Using semolina with high protein content could lead to a narrow size distribution by limiting the process of fragmentation and the formation of fragments in the bed. We showed that the mechanisms involved in the agglomeration process are similar whatever the size distribution and the protein content of the native powders.

Les protéines sériques sont des protéines dérivées du lait, très utilisées dans l’industrie alimentaire pour leurs propriétés nutritionnelles et fonctionnelles. L’étuvage d’une poudre d’isolat de protéines sériques à pH alcalin permet de former des assemblages micronique (AMI), possédant des propriétés rhéologiques remarquables. Brièvement, la poudre d’isolat est solubilisée dans l’eau à 150 g/kg et son pH est ajustée à 9,5. La solution est ensuite rapidement séchée par pulvérisation sur une tour pilote. La poudre est conditionnée à une activité d’eau voisine de 0,2, puis introduite dans des tubes fermés hermétiquement et étuvée à 100°C, pendant des temps variables. La poudre étuvée est remise en suspension dans de l’eau à pH 6,5 et ses propriétés d’écoulement sont caractérisées. L’objectif de ces travaux est d’étudier l'effet du temps d'étuvage sur la formation des AMI et sur leurs propriétés rhéologiques. Les suspensions d’AMI sont caractérisées par mesure de leur viscosité. Les rendements de formation des AMI sont évalués par pesés et la morphologie des AMI est étudiée par microscopie confocale Les AMI sont sphériques et creux. Ces macrosphères, de taille 4 à 400 μm, sont obtenues par réticulation des protéines au sein du grain de poudre, ce qui leur confère une forme identique à celle du grain de poudre étuvé [1]. La durée de l’étuvage est le paramètre qui va déterminer la capacité des AMI à apporter de la viscosité en phase aqueuse, car il modifie le taux de réticulation des protéines dans les grains de poudre, le nombre, la taille et la capacité de rétention des AMI en suspension dans l’eau. Les AMI pourraient être ajoutés à des préparations laitières pour augmenter leur viscosité en complexant une partie de la phase soluble.

Enriching common foods with bioactive compounds could help promote health and reduce the risk of diseases. However, most bioactives with interesting biological properties are hydrophobic and therefore have incorporation limits in foods due to their low solubility in aqueous matrices. In addition, their biological activities encounter extreme factors in the formulation and manufacturing processes of the product such as pH, temperature and pressure fluctuations. To this end, the encapsulation of the bioactive elements in "bio" matrices is a solution for improving their bioavailability and preserving their functional properties. In our study, we chose to treat curcumin, a hydrophobic phenolic compound, with various interesting biological activities such as its important antioxidant activity. The choice of the encapsulation matrix was turned to the casein micelle, an effective encapsulation matrix with desired technofunctional properties. This thesis has demonstrated the hydrophobic interaction between the casein micelle and curcumin via tryptophan residues. The addition of curcumin in solution to the casein micelle did not influence the structural properties (size, ζ-potential and internal structure) nor the functional properties (gelling) of the micelle. Knowing that the ultimate goal is the production of yogurt enriched with curcumin, the study of the interaction between curcumin and lactic bacteria of yoghurt is necessary. Indeed, curcumin adsorbs on the bacterial envelopes of Lactobacillus bulgaricus and preferentially on Streptococcus thermophilus without inhibiting their growth and their acidifying power. Once in contact with casein micelles and LABs, curcumin is partitioned between the micelle and the bacterial envelopes to establish a balance. Given that most agro-food industries use more powder rather than aqueous solutions in formulation stages, the production of curcumin-doped casein micelle powder protecting the antioxidant activity of the bioactive while preserving the technofunctional properties of the casein micelle was carried out by spray-drying, L'enrichissement d'aliments courants avec des composés bioactifs aide à promouvoir la santé et réduire le risque de maladies. Cependant, la plupart des bioactifs à propriétés biologiques intéressantes sont de nature hydrophobe et donc présentent des limites d’incorporation dans les aliments dues à leur faible solubilité dans les matrices aqueuses. De plus, leurs activités biologiques se heurtent à des facteurs extrêmes lors des procédés de formulation et de fabrication du produit telle que les fluctuations de pH, de température et de pression. Pour ce, l’encapsulation des bioactifs dans des matrices « biosourcée » s’avèrent être une solution pour améliorer leur biodisponibilité et préserver leurs propriétés fonctionnelles. Dans cette étude, nous avons choisi de traiter le cas de la curcumine, composé phénolique hydrophobe présentant diverses activités biologiques intéressantes telles que notamment une activité antioxydante importante, mais dont l'action est limitée de par sa faible biodisponibilité. Le choix de la matrice d’encapsulation s’est porté sur la micelle de caséine, véritable matrice naturelle et efficace aux propriétés technofonctionnelles variées. Cette thèse a permis de démontrer l’interaction hydrophobe entre la micelle de caséine et la curcumine via les résidus tryptophane. L'incorporation de la curcumine au sein de la micelle de caséine n’influence ni les propriétés structurales (taille, charge de surface et structure interne) ni les propriétés fonctionnelles (gélification) de la micelle. Sachant qu'un des objectifs d'application pourrait être la production d’un yaourt enrichi en curcumine, l’étude de l’interaction entre la curcumine et les bactéries lactiques du yaourt est nécessaire. Il a ainsi été démontré que la curcumine s’adsorbe sur les enveloppes bactériennes de Lactobacillus bulgaricus et préférentiellement sur Streptococcus thermophilus sans inhiber leur croissance et leur pouvoir acidifiant. Une fois en contact avec les micelles de caséines et les LAB, la curcumine se partage entre la micelle et les enveloppes bactériennes pour établir un équilibre. Sachant que la plupart des industries agroalimentaires utilisent dans les étapes de formulation des ingrédients sous forme de poudres plutôt que sous forme liquide, la production d’une poudre de micelle de caséine dopée en curcumine préservant l’activité antioxydante du bioactif tout en conservant les propriétés technofonctionnelles de la micelle de caséine a été réalisée par séchage par atomisation

Micellar casein (MC) powder must be completely dispersed and dissolved in water to fully exhibit their functional properties. However, the rehydration properties of these powders decline strongly during storage, leading to loss of solubility and longer rehydration time. In this work, controlled ageing was applied to a MC powder in order to better understand the mechanisms responsible for the deterioration of rehydration properties in the course of storage. The objective was to investigate evolutions of powder surface structure and composition as well as the link between these changes and the decline in rehydration properties, which were evaluated through characteristic times of different steps constituting the full rehydration process. Lipid migration (towards the particle surface) and increase of interactions between surface micellar particles during storage were proven to be responsible for major changes in different rehydration stages. First, the delay in water penetration into particles was quantified; then, the increase of particle fragmentation time was determined and finally, an extended total rehydration time was evidenced. Analysis of the characteristic times of different rehydration stages shows unambiguously that the main step increasing the total rehydration time of aged powder is not lipid migration but the crosslink formation during storage, which can thus be considered as the rate-limiting stage for rehydration of aged powder.

The French Atomic and alternatives Energy Commission (CEA) developed an effective powder capable of extinguishing sodium fire. It is a powder based on a mixture of lithium carbonate (Li2CO3) and low-hydrated sodium carbonate (Na2CO3.H2O) in a near eutectic proportion, with a melting temperature of around 500°C, associated with graphite. However, ever since the dismantling of several old sodium installations, CEA has at its disposal an important stock of unused powder batches. The idea of reutilizing these powders initiates the question about their efficiency to extinguish a sodium fire after long term storage. This study proposed the physicochemical analyses of these powders in order to identify their compositions and characteristics for different batches. The results highlight the presence of lithium sodium carbonate (LiNaCO3) and trona (Na2CO3.NaHCO3.2H2O), which are not mentioned in the patent. The aging experiments were developed to study the role of moisture and ambient carbon dioxide during the storage. The results showed that LiNaCO3 is sensitive to the presence of moisture, able to transform it into lithium carbonate and sodium carbonate monohydrate, meanwhile the latter reacts with water and carbon dioxide to form trona. A study of the formation of LiNaCO3 allowed the understanding of the fabrication method of the powder. This compound is found to be produced as the results of mechanochemical reactions between Li2CO3 and Na2CO3.H2O during the grinding process. The Chris(X)ti-Na experimental facility is built to understand the mechanisms of extinction especially related to the role of physicochemical properties on extinction. Two steps of extinction mechanisms are proposed that includes (1) the formation of liquid sodium hydroxide (NaOH) and (2) the melting of eutectic carbonates. The first step can happen directly (via the direct reaction of trona and/or Na2CO3.H2O with Na(g) and/or Na2O(s)) or indirectly (via the decomposition reaction of trona and Na2CO3.H2O prior to reaction of H2O(g) released with Na(g) and Na2O(s)). Both reactions explore the possibility of hydrogen (H2) formation that might be represented by the flash flame observed prior to extinction. They also contribute to the rapid decrease of temperature due to the formation of liquid sodium hydroxide (NaOH) as a protective layer. This layer is essential to cover the sodium surface from prolonged contact with oxygen. The presence of trona appears to be not altering the extinction capacity of the powder. With the same amount of NaOH produced by both compounds, trona releases more quantity of H2 and more exothermic in terms of energy release than that of Na2CO3.H2O. Overall, 0.5-0.9 g of water is necessary to extinguish 19.6 cm2 of sodium pool fire, which equivalent to 1-2g of NaOH. Based on these tests, the minimum water content required for extinction is 5.6w%. Meanwhile, powders whose hydration water content is close to 13w% seem more likely to produce a high vigorous H2 flame prior to the extinction. The second step is considered to be slower than the previous step. The eutectic carbonates layer has higher viscosity than NaOH that makes it less beneficial to form sealed layer on the sodium surface. Therefore, its role might be less significant especially for the sodium fire starts at low temperature. Nevertheless, the effect is considered to be more important when applied to sodium fire at higher temperature (more than 500°C). Finally, the particle size apparently doesn’t demonstrate a significant contribution in the extinguishing performance other than affecting the spreading performance.; Le Commissariat à l’Energie atomique et aux énergies alternatives (CEA) a développé une poudre extinctrice efficace capable d'éteindre le feu de sodium. Elle est une poudre à base d'un mélange de carbonate de lithium (Li2CO3) et de carbonate de sodium à basse hydraté (Na2CO3.H2O) dans une proportion proche de l'eutectique, avec une température de fusion d'environ 500°C, associée à du graphite. Cependant, depuis le démantèlement de plusieurs anciennes installations de sodium, le CEA dispose d'un stock important de lots de poudre inutilisés. L'idée de réutiliser ces poudres initie la question sur leur efficacité pour éteindre un feu de sodium après un stockage à long terme. Cette étude a proposé des analyses physicochimiques de ces poudres afin d'identifier leurs compositions et les caractéristiques des différents lots. Les résultats mettent en évidence la présence de carbonate de lithium de sodium (LiNaCO3) et trona (Na2CO3.NaHCO3.2H2O) qui ne sont pas mentionnés dans le brevet. Les expériences de vieillissement ont été développées pour étudier le rôle de l'humidité et du dioxyde de carbone à l’air ambiant au cours du stockage. Les résultats montrent que LiNaCO3 est sensible à la présence d'humidité, capable de transformer en carbonate de lithium et le carbonate de sodium monohydrate, quant à celui-ci réagit avec de l'eau et du dioxyde de carbone pour former du trona. Une étude de la formation de LiNaCO3 a permis d’avoir la compréhension du procédé de fabrication de la poudre. Ce composé se trouve à se produire grâce aux réactions mécanochimiques entre Li2CO3 et Na2CO3.H2O au cours du processus de broyage. Le Chris(X)ti-Na installation expérimentale est construit pour comprendre les mécanismes d'extinction en particulier concernant le rôle des propriétés physicochimiques sur l'extinction. Deux étapes de mécanismes d'extinction sont proposés, qui comprend (1) la formation d'hydroxyde de sodium liquide (NaOH) et (2) la fusion des carbonates eutectique. La première étape peut se produire directement (par la réaction directe du trôna et / ou Na2CO3.H2O avec Na(g) et / ou Na2O(s)), soit indirectement (par l'intermédiaire de la réaction de décomposition du trôna et Na2CO3.H2O avant la réaction de H2O(g) libéré avec Na(g) et / ou Na2O(s)). Les deux réactions mènent la possibilité de la formation d'hydrogène (H2) qui pourrait être représenté par la flamme flash observée avant l'extinction. Ils contribuent également à la diminution rapide de la température due à la formation d'hydroxyde de sodium liquide (NaOH) en tant que couche protectrice. Cette couche est nécessaire pour couvrir la surface de sodium d'un contact prolongé avec de l'oxygène. La présence de trona semble ne pas altérer la capacité d'extinction de la poudre. Avec la même quantité de NaOH produit par les deux composés, trona libère plus de quantité de H2 et plus exothermique que celle de Na2CO3.H2O. Dans l'ensemble, 0,5-0,9g d'eau est nécessaire pour éteindre 19,6 cm2 de sodium feu en nappe, ce qui équivalent à 1-2g de NaOH. Sur la base de ces tests, la teneur minimale en eau nécessaire à l'extinction est 5.6w%. Les poudres dont la teneur en eau d'hydratation est proche de 13w% semblent plus susceptibles de produire une flamme vigoureuse élevée avant l'extinction. La deuxième étape est considérée comme étant plus lent que l'étape précédente. La couche de carbonates eutectique a une viscosité supérieure à celle de NaOH qui le rend moins avantageux pour former la couche étanche à la surface de sodium. Par conséquent, son rôle pourrait être moins important en particulier pour le feu de sodium ayant commencé à basse température. Néanmoins, son effet est considéré comme plus important lorsqu'il est appliqué au feu de sodium à température élevée (supérieure à 500°C). Enfin, la taille des particules apparemment ne démontre pas une contribution significative à la performance d'extinction outre qu’affecter les performances d'épandage.

The aim of this thesis is to characterize Lebanese kishk powder, a traditional fermented milk, and to optimize its processing technology. Samples of traditional kishk powder were collected, and their physicochemical, rheological, sensory and microbiological properties were studied based on the type of milk. As a result, kishk prepared with goat milk is richer in fat than other types. The particle size distribution is very wide, regardless of the type of milk, with simultaneous presence of fine irregularly shaped particles and large aggregates. Powder particles are coated with a thick layer of fat conferring a cohesive character and a high shear strength. Kishk soup has a shear-thinning behavior, and its sensory properties are strongly related to the production region and the type of milk. The effect of optimized production conditions on the properties of kishk powder and soup was also studied. The results are promising and show that the structure and rheological behavior of kishk powder were not altered. Indeed, the two kishk powders exhibit almost similar rheological properties, with low flowability, despite slight differences in chemical composition and particle size. Finally, kishk soup resulting from the optimized production seems thicker and consistent than traditional soup, without significant loss of the organoleptic properties of kishk., L’objectif de la thèse est de caractériser la poudre du kishk libanais, un lait fermenté traditionnel, et d’optimiser sa technologie de transformation dans une démarche d’industrialisation. Des échantillons de poudre de kishk traditionnel ont été collectés, et leurs propriétés physico-chimiques, rhéologiques, microbiologiques et sensorielles ont été étudiées, en fonction du type de lait utilisé. Il en résulte que le kishk préparé à base de lait de chèvre est plus riche en matières grasses que les autres types. La distribution granulométrique est très large, quel que soit le type de lait, avec présence simultanée de fines particules à forme irrégulière et d’agrégats de grande taille. Les particules de poudre sont revêtues d’une épaisse couche de lipides leur conférant un caractère cohésif et une grande résistance au cisaillement. Il s’avère aussi que la soupe de kishk présente un comportement rhéofluidifiant, et ses propriétés sensorielles sont fortement liées à la région de production et au type de lait. L’effet des conditions de production optimisée sur les propriétés de la poudre et de la soupe de kishk a été également étudié. Les résultats sont prometteurs et montrent que la structure de la poudre de kishk et son comportement rhéologique n’ont pas été altérés. En effet, les deux poudres de kishk présentent des propriétés rhéologiques quasi similaires, avec une faible aptitude à l’écoulement, malgré des différences au niveau de la composition chimique et la taille des particules. Au niveau rhéologique et sensoriel, la soupe de kishk issue de la production optimisée semble plus épaisse et consistante que la soupe traditionnelle, sans dépréciation notable des qualités organoleptiques du kishk.

In a dry bioreffinery scheme, the separation of plant materials into fractions of interest compound is a crucial step. In recent years, electrostatic separation of agri-resources has sparked a growing interest for its potential but optimization efforts remain to be done especially in case of fine powders. The present work is an experimental investigation of factors, which influence the separation process of plant biomass powders in a custom built corona electrostatic separator with view to optimization. Three particle size classes of cork, semolina and wood powders have been characterized in term of charge decay curves and their behavior on the device have been studied. Separation tests of a blend constituted of 1g of wood powder and 1g of semolina have also been conducted with very promising results.

Preservation of probiotics represents a challenge as the probiotic market increases. A simplified process from growth to drying of probiotics was investigated by utilizing sweet whey as a double-used medium. Its total solid content (TS) was increased in order to achieve one-step drying of bacterial cultures with higher levels of dry matter. Two probiotic strains, Lactobacilllus casei BL23 and Propionibacterium freudenreichii ITG P20, were used in this study. Interestingly, after increasing the TS of sweet whey from 5 to 20 or 30%, final population of both probiotic strains was higher, instead of being inhibited by the high osmolality. The final L. casei population was less dependent on casein peptone supplementation. The probiotic survival after spray drying was also improved when grown in culture media with 20 and 30% TS. Moreover, the probiotics in the powders from these higher TS culture media maintained considerably more stable viability over 4 month's storage at 4 °C.

This original work deals with the functionalization of textile fire retardant used in transport and the building focused on the development of fire retardant powders while studying the interactions of three criteria: the formulation, process and product. The main line of this study is the understanding and quantification of the flame retardant properties of the textile, which can be influenced by the choice of formulation or mixing process. The identification of needs, i.e. the realization of a finished fire retardant, the design of defined particle size mixtures, which flow easily and possess low sensitivity to inflammation, allowed to propose and consider various formulations. This project methodology is a good example of the combination between two approaches: the product engineering and a safety approach. The final selection of mixtures will be based on the results of a comprehensive technical analysis. The experimental work allows us to select the polymer and the flame retardant at a concentration of 40% in order to obtain in an internal mixer of bifunctional particles meet the specifications set out in this study. Unlike conventional mixtures by inversion or high speed, the grains prepared by Hot-Melt granulation have enhanced mechanical linkages. This result seems to be due to the good affinity and good particle size ratio between the components and a good morphology to the formation of such structures. This manufacturing method also overcomes two obstacles; the preparation of a bifunctional powder with high content of flame retardant and the realization of a mixture which does not demix under the action of the electric field of the DPreg impregnation process, S’intéressant aux interactions entre la formulation, le procédé et le produit, ce travail original axé sur la fonctionnalisation ignifuge de textiles utilisés dans les transports et le bâtiment porte sur le développement de poudres non feu. La ligne conductrice de cette étude étant de comprendre comment les propriétés ignifuges du textile technique peuvent être influencées par les choix de formulation ou de procédé de mélange. L'identification des besoins, c.-à-d. la réalisation d’un produit fini ignifuge, la conception de mélanges de granulométrie définie qui s’écoulent facilement et qui possèdent une sensibilité à l’inflammation faible, a permis de proposer et d’examiner diverses formulations. En matière de méthodologie ce projet combine l’approche sécurité à l’ingénierie produit. La sélection finale des mélanges sera fonction des résultats de cette analyse technique globale. Le travail expérimental a permis de sélectionner le polymère et l’agent ignifuge à la concentration de 40 % pour l’obtention en mélangeur interne de particules bifonctionnelles répondant aux spécifications fixées. Contrairement aux mélanges à retournement ou haute vitesse, les grains préparés par granulation Hot-Melt ont des liaisons mécaniques renforcées. Ce résultat semble s’expliquer par la bonne affinité, le bon rapport en termes de taille de particules entre les composants et une morphologie favorable à la formation de ce type de structures. Ce mode de fabrication a également permis de lever les deux principaux verrous à savoir préparer une poudre bifonctionnelle à haute teneur en agent ignifuge et réaliser un mélange qui ne se démélange pendant l’étape d’imprégnation du procédé DPreg

IATE Axe 2 : Structuration sous contraintes des agropolymères et réactivité des poudres Contact: cuq@supagro.inra.fr; The functional properties of wheat powders depend largely on the surface characteristics of their particles. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) has been considered to investigate the surface composition of wheat powders. The objective of the present study is to evaluate the ability of XPS to discriminate wheat components and to calculate the surface composition of wheat powders. First, XPS surveys for the main wheat isolated components (starch, proteins, arabinoxylans, and lipids) were determined. XPS results demonstrate that it is able to distinguish wheat proteins, polysaccharides, and lipids, but it is not able to distinguish starch and arabinoxylan because of their similarity in chemical structure. The XPS analyses of simple reconstituted wheat flours based on two components (starch and protein) or three components (by adding arabinoxylan) demonstrated the ability of XIS to measure the surface composition of the wheat flours. The surface composition of native wheat flour demonstrated an overrepresentation of protein (54%) and lipids (44%) and an underrepresentation of starch (2%) compared to the bulk composition. Results are discussed with regard to difficulties in discriminating arabinoxylans components.

International audience; The aim the present work is to determine the reaction kinetics between a TiSi 2 powder with gaseous nitrogen. Isothermal nitridation of TiSi 2 powders with fine (1.4µm) and medium (4.5µm) particle size has been studied in pure nitrogen atmosphere ranging from 1000 to 1200°C for duration up to 50 hours. The isothermal nitridation kinetics of TiSi 2 powders were investigated by thermogravimetry. The nitridation rate strongly depends on the particle size and temperature. The smaller particle size exhibits the higher nitridation rate due to its larger surface area. The conversion process is complex with nucleation and growth of TiN at the surface of the grain and Si 3 N 4 inside the grain promoted by Kirkendall effect with an influence of the volume increase.; Le but de ce travail est de déterminer la cinétique de réaction d'une poudre de TiSi2 avec de l'azote gazeux. La nitruration isotherme de poudres de TiSi2 d'une granulométries fine (1.4μm) et moyenne (4.5μm) a été étudiée dans une atmosphère d'azote pur entre 1000 et 1200°C pendant une durée allant jusqu'à 50 heures. La cinétique isotherme de nitruration de poudres de TiSi2 ont été étudiés par thermogravimétrie. Le taux de nitruration dépend fortement de la taille des particules et de la température. Les particules les plus petites présentent le taux de nitruration le plus grand en raison de leur plus grande surface. Le processus de conversion est complexe et met en oeuvre la nucléation et la croissance de TiN à la surface des grains et de Si3N4 à l'intérieur du grain, ce comportement est favorisé l'effet Kirkendall avec une influence sur le gain de volume.

The interest of this study is to recover the date's by-products the most common in Tunisia by applying the drying process. The product is getting to be a powder for animal feed. The physicochemical analysis of raw materials showed that dates have a high content of soluble sugars and polysaccharides. The study of dates drying at 50, 60 and 70°C showed that the temperature rises more drying time is reduced. Indeed, dates have initial moisture content of around 0.38kg/kg DM and become stable at the end of drying to moisture content of about 0.15kg/kg DM. The physico-chemical composition of the dates powders at different temperatures show that they are rich in soluble sugars and polysaccharides, high levels of potassium and magnesium and law protein, crude fiber and fat content., L'intérêt de cette étude consiste à valoriser les écarts de triage des dattes (noyau+pulpe) les plus répandus en Tunisie par application du procédé de séchage. Le produit visé est l'obtention d'une farine qui sera destinée à l'alimentation animale. L’analyse physicochimique de la matière première a montré que les écarts de triage des dattes présentent une teneur élevée en sucres solubles et en polysaccharides. L'étude de séchage des dattes à 50, 60 et 70°C a montré que plus la température augmente plus la durée de séchage est réduite. En effet ; les écarts de triage de dattes ont une teneur en eau initiale aux alentours de 0,38 kg/kg MS et deviennent stables à la fin du séchage à une teneur d'humidité de l'ordre de 0,15 kg/kg MS. La composition physico-chimique des poudres de dattes séchées à différentes températures montrent que ces dernières sontriches en sucres solubles et en polysaccharides et ont des teneurs élevés en potassium et en magnésium et présentent des faibles teneurs en protéines, en cellulose brute et en matières grasses.

It is harder and harder to find fossil fuels and it becomes therefore more and more expensive. Furthermore the environmental impacts of energy are more and more taken into account. For those reasons new solutions to produce, store, transport energy are currently researched and/or developed. Among those solutions, hydrogen system could be a good solution depending and how its main parts (production, storage, supply and use) are improved.This PhD is relative to hydrogen storage in intermetallic hydride compouds. Hydrogen tanks using these kind of materials have to allow good thermal control of the hydride powder especially because of the exothermicity of the hydriding and endothermicity of the unhydriding reaction. That's why the internal architecture of these vessels are often cellular, the cell walls playing the role of a thermal conductor. If the thermal aspects relative to these tanks are often studied, it is not the case of the mechanical phenomenon induced by the swelling and shrinking of the grains during absorption and desorption of hydrogène by the material. However, the mechanical interaction between the powder and the cell walls could endanger the tank.This PhD consists of two main parts. The first part is a mechanical study of the behavior of a Ti-Cr-V compound while the second is a mechanical modelling and analysis mainly by the Discretes Elements Method (DEM). Thanks to this work the main features and mechanical properties of the hydride (granulometry, matrix compaction, granular flow, powder density …) and their evolution due to cycling were measured. The influence of hydride grains rearrangement induced by hydride breathing were analysed experimentally. It lead to a progressive densification of the powder bed in instrumented cells that resulted in a decrease of porosity and an increase of stresses on cell walls. This effect was reproduced in discrete elements simulations of spherical and clump particles., La raréfaction des combustibles fossiles et la prise en compte de plus en plus importante des enjeux environnementaux incite à rechercher de nouvelles pistes de production, stockage et transport de l’énergie. Le développement de la filière hydrogène dépend des améliorations de chacun de ces principaux maillons qui sont la production, le stockage, la distribution et l’utilisation de l’hydrogène.Cette thèse se consacre au stockage de l’hydrogène par absorption dans des matériaux solides pulvérulents composés d’hydrures intermétalliques. Les performances de ce type de stockage dépendent grandement de la gestion des échanges de chaleurs imposés par le caractère exothermique de la réaction d’hydruration (absorption d’hydrogène par le matériau) et respectivement le caractère endothermique de la réaction de déshydruration (désorption d’hydrogène par le matériau). Cette nécessité a guidé la conception des réservoirs vers une architecture interne cellulaire. Si la thermique des réservoirs est très étudiée, les mécanismes de gonflement-dégonflement cycliques des hydrures lors de l’absorption et la désorption d’hydrogène sont assez peu abordés dans la littérature. Pourtant, les interactions mécaniques de la poudre hydrure sur les parois des cellules peuvent remettre en cause l’intégrité du réservoir. La mécanique des milieux granulaires constitue ainsi un apport essentiel à l’analyse et à termes à la prédiction du comportement mécanique du lit de poudre hydrure au sein du réservoir.Cette thèse présente en premier lieu la caractérisation expérimentale du comportement mécanique d’un hydrure intermétallique Ti-Cr-V à différents états de cyclage sous hydrogène en cellule instrumentée en incluant l’analyse des mécanismes de gonflement-dégonflement. L’analyse du comportement mécanique est abordée par une approche de type mécanique des milieux granulaires basée principalement sur la méthode des éléments discrets (DEM). Ces travaux ont permis d’identifier les caractéristiques et le comportement mécanique de l’hydrure (granulométrie, compression en matrice, écoulement) ainsi que l’évolution de paramètres liés au cyclage. Les effets du mécanisme de réarrangement opérant lors du cyclage à l’échelle des grains d’hydrure ont pu être identifiés expérimentalement. En particulier, la variation de volume cyclique du matériau entraine un tassement progressif du lit de poudre, une diminution de la porosité et une augmentation des niveaux de contraintes. Ce comportement a été reproduit numériquement par des simulations impliquant des particules discrètes de formes sphériques et de formes agrégées complexes.

The present invention relates to a solid fuel in the form of a powder, including at least one lignocellulosic component in the form of a powder. The present invention also relates to the method for preparing said lignocellulosic component in the form of a powder, as well as to the use thereof in the production of a solid fuel intended for an internal combustion engine or a burner. The invention further relates to a method for generating energy using the solid fuel according to the invention.; La présente invention se rapporte à un carburant solide, sous la forme d'une poudre, comprenant au moins un constituant lignocellulosique sous la forme d'une poudre. La présente invention se rapporte également au procédé de préparation dudit constituant lignocellulosique sous la forme d'une poudre, ainsi que son utilisation pour la fabrication d'un carburant solide destiné à un moteur à combustion interne ou à un brûleur. L'invention a, en outre, pour objet un procédé de production d'énergie mettant en œuvre le carburant solide selon l'invention

L'objectif de ce travail est de valider l’aptitude d’un test non invasif ultrasonore à caractériser la réhydratation (cinétique, mécanisme) de poudres de protéines laitières. Le test consiste à générer une onde ultrasonore et à observer sa transmission à travers la suspension solide/liquide agitée

Mention d'édition : 2ème édition; Demineralization

IATE Axe 2 : Structuration sous contraintes des agropolymères et réactivité des poudres Contact : claire.gaiani@ensaia.inpl-nancy.fr; Surface composition of dairy powders influences significantly a quantity of functional properties such as rehydration, caking, agglomeration. Nevertheless, the kinetic of water uptake by the powders was never directly related to the structure and the composition of the surface. In this work, the effect of relative humidity on the structural reorganization of two types of dairy powder was studied. The water-powder interaction for industrial whole milk powder, and skim milk powder was studied using dynamic vapor sorption. The water sorption isotherms were fitted with a Brunner-Emmet-Teller model and each stage of the sorption curve was analyzed with a Fickian diffusion. The water content in the monolayer predicted for each powder and the moisture diffusivity calculated were discussed and compared. Concurrently, powders microstructure and powders surface under variable relative humidity were assessed by X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray and atomic force microscopy. A correlation between the data obtained from the sorption isotherms and the modifications of structure allowed us to conclude that powder microstructure and chemical state of the components could play an important role in determining the water diffusivity.

Mention d'édition : 2ème édition; Lactose: Crystallization

In this work we show for the first time that water is a crucial component in organizing chains of PANI. The formation of sine crystallites of the primary PANI during the polymerization is promoted by the intercalation of water molecules between the chains due to strong hydration of amino nitrogen. Such hydration is also responsible for the anisotropie growth of primary crystallites on a solid support during the evaporation of water. The growth axis by the junction of the amino nitrogen through hydrogen bonds to the intercalation of water molecules in the ciystal lanice of the PANI axis represents the largest cohesive energy (fiber length). This not only promotes the formation of fibers perpendicular to the substrate surface but also the "transmission" orientation of it-7C interactions at a macroscopic scale (up to 300 µ.m, which corresponds to the thickness of the film) and finally transportation expenses helped along the fiber. The transport of charges between atoms connected by hydrogen bonds at distances shorter than that provided by lt-7t interactions should open new perspectives in the development of electronics based on organic semiconductors. The introduction of "destructive" anions in the water (such as HCOO") is a prerequisite for the hydration of amino nitrogen of the PANI chains. The presence of chloride in high concentration ensures neutralization of positive charges (the protonated imine nitrogen). A second consequence of increasing the ionic strength of aqueous medium is in the lower torsion angles along the chain (results confirmed by simulations). Both phenomena promote the formation of crystals of PANI during the polymerization. It should be noted Chat the formation of self-directed films and highly crystalline (degree of crystallinity less than 80%) from a heterogeneous system (aqueous suspension) by a simple drying on a solid support is a phenomenon without precedent in the field of crystallization of the pol iners. Water "Destructive" anions promote the penetration of water in the films of PANI semi-crystalline and highly crystalline even. We show that the transport of SO 42-in a membrane of poly (vinyl chloride) is much more important after a deposit of PANI on its surface, while the presence of the PANI layer does not influence the chloride transport. This represents a new perspective for the detection of strongly hydrated anions. We present a new view on the original color of the PANI and the relationship between color and conductivity. Using films of highly crystalline PANI and those formed by a single layer of particles of 30nm diameter (obtained by Langmuir-Blodgett technique, LB) as a "film models" we show for the first time that the color of PANI is the result not only of the degree of protonation and / or oxidation, but also the size of elements interacting with light. If this size is between 400 and 800 mn, the scattered light contributes to the color of the PANI. In turn, the size of elements interacting with the light depends on the hydration of the PANI determining the ability to form aggregates. Then the two types of PANI films are formed by the elements of a size below 400 nm, they are purple (a color assigned to the form pernigraniline: insulation), but at the same time conducting. The highly crystalline films do not absorb water in the aqueous solution of HC1 and therefore do not change their color, white in the solution of formic acid they absorb 14% water and turn blue, but never green are purple again after drying. More permeable to water, the LB films of PANI are green after immersion in an acid environment regardless of the type of acid used and are pwpW again after drying., Dans ce travail nous montrons pour la première fois que l'eau représente un élément crucial dans l'organisation des chaînes de la PANI. La formation de petites cristallites primaires de la PANI lors de la polymérisation est favorisée par l'intercalation des molécules d'eau entre les chaînes grâce à la forte hydratation des azotes amines. Une telle hydratation est également responsable de la croissance anisotrope des eristallites primaires sur un support solide lors de l'évaporation de l'eau. L'axe de croissance par la jonction des azotes amines grâce à des liaisons hydrogènes permettant l'intercalation des molécules d'eau dans le réseau cristallin de la PANI représente l'axe de la plus forte énergie de cohésion (la longueur des fibres). Cela favorise non seulement la formation des fibres perpendiculaires à la surface du support mais aussi la « transmission » de l'orientation des a-n interactions à une échelle macroscopique (jusqu'au 300 µn1, ce qui correspond à l'épaisseur des films) et finalement le transport des charges favorisé le long des fibres. Le transport des charges entre des atomes reliés par les liaisons hydrogènes à des distances plus courtes que celles assurées par les interactions n-g devrait ouvrir de nouvelles perspectives dans la création de l'électronique à base de semi-conducteurs organiques. L'introduction des anions «destructeurs» dans l'eau (tels que HCOO") est une condition indispensable pour l'hydratation des azotes amines des chaînes de la PANI. La présence des chlorures en forte concentration assure une neutralisation des charges positives (des azotes imines protonés). Une deuxième conséquence de l'augmentation de la force ionique du milieu aqueux consiste en la diminution des angles de torsion le long de la chaîne (résultats confirmés par les simulations). Les deux phénomènes favorisent la formation des cristaux de la PANI lors de la polymérisation. Il faut souligner que la formation des films auto-orientés et hautement cristallins (taux de cristallinité plus que 80%) a partir d'un système hétérogène (suspension aqueuse) par un simple séchage sur un support solide est un phénomène sans précédent dans le domaine de la cristallisation des polymères. Les anions « destructeurs » de l'eau favorisent la pénétration de l'eau dans les films de PANI semi-cristallins et même hautement cristallins. Nous montrons que le transport des SO42- dans une membrane à base de poly(vinyle chlorure) devient beaucoup plus important après un dépôt de la PANI sur sa surface, tandis que la présence de cette couche de PANI n'influence pas le transport les chlorures. Cela représente une nouvelle perspective pour la détection des anions fortement hydratés. Notre présentons un nouveau regard sur l'origine de la couleur de la PANI et des relations entre sa couleur et la conductivité. En utilisant les films de PANI hautement cristallins et ceux formés par une mono-couche de particules de diamètre de 30nm (obtenus par la technique de Langmuir-Blodgett, LB) en tant que « films models » nous montrons pour la première fois que la couleur de la PANI est le résultat non seulement du degré de protonation et/ou d'oxydation, mais aussi de la taille des éléments interagissant avec la lumière. Si cette taille est comprise entre 400 et 800 nm, la diffusion de la lumière contribue dans la couleur de la PANI. A son tour, la taille des éléments interagissant avec la lumière dépends de l'hydratation de la PANI déterminant la capacité de former les agrégats. Puis que les deux types de films de PANI sont constitués par les éléments d'une taille inférieure à 400 min, ils sont violets (une couleur attribuée à la forme pernigraniline : l'isolant), mais en même temps conducteurs. Les films hautement cristallins n'absorbent pas d'eau dans la solution aqueuse de EICI et par conséquent ne changent pas leur couleur, tandis que dans la solution d'acide formique ils absorbent 14% d'eau et deviennent bleus, mais jamais verts et sont à nouveau violets après […]

The author presents a behavioural study of wet granular media. A first step of characterization of such media, combining mechanical and textural aspects, will make it possible to establish the basis of a schematic representation of the hydrous and textural states of granular media. This representation will be used in the analysis of the agglomeration process and will allow, thanks to a study combining hydro-textural and morpho-granulometric aspects, to analyze the modifications undergone by granular media subjected to wetting and kneading. These modifications will be analyzed at two different scales: at the agglomerate scale, it will be shown that agglomeration can be considered as a fractal process; at the bulk scale, a three stepped texturation phenomenon will be highlighted. The last part of this work will consist in a more specific study of the effects of vibratory or axial constraints on the texturation phenomenon mentioned beforehand. The point will be to study up to what point this type of constraints (tapping, compaction), is likely to modify the aspect of the texturation phenomenon and to determine the factors likely to influence the succession of its various phases. The study of the relaxation kinetics under vibratory constraints will also make it possible to propose a new model of relaxation based on a mechanical approach.; L'auteur présente une étude comportementale des milieux granulaires humides. Une première phase de caractérisation de tels milieux, couplant des aspects mécaniques et texturaux, aura pour ambition d'établir les bases d'une représentation schématique de l'état hydrique et textural d'un milieu granulaire. Cette représentation sera investie dans l'analyse du processus d'agglomération et permettra, grâce à une étude couplant des aspects hydro-texturaux et morpho-granulométriques, d'analyser les modifications subies par des milieux granulaires soumis à une opération de mouillage et de malaxage. Ces modifications seront analysées aux deux échelles du mélange : à l'échelle des agglomérats, il sera montré que la phase d'agglomération peut être envisagée comme un processus de type fractal ; à l'échelle globale du milieu, une phénoménologie de texturation en trois étapes sera mise en évidence. La dernière phase de ce travail consistera en une étude plus particulière des effets de contraintes vibratoires ou axiales sur le phénomène de texturation préalablement mis en évidence sur le milieu vrac. Il s'agira d'étudier dans quelle mesure ce type de contraintes (tassement, compactage), postérieure à l'élaboration du milieu, est susceptible de modifier l'allure du phénomène de texturation et de déterminer les facteurs susceptibles d'influer sur la succession des différentes phases de ce phénomène. L'étude des cinétiques de relaxation sous contraintes vibratoires permettra également de proposer un nouveau modèle de relaxation établi selon une approche mécanique.

In order to characterize agitation and mixing in the Triaxe® mixer, we developed a software which is able to control the mixer, to follow the operating conditions (stirring velocities and torque developed by the engines) and to analyze the quality of themixture in real time.The measurment of the torque developped by the engines at the time of the mixture made it possible to identify the modes of flows present in this type of mixer.The implementation and the validation of the image analysis method to measure the quality of the mixture made it possible to follow the kinetic evolution of binary mixtures of two free flowing powders (couscous and semolina) and a free flowing powder and a cohesive powder (couscous and lactose).This study allowed to characterize this new mixing equipment, to define the operational protocols to use, according to the properties of the powders, in order to obtain an effective mixture in term of short mixing time and low power consumption. Correlations basedon adimensional numbers as well as a correlation linking time of mixture and the stirring velocities were given.; Afin de caractériser l'agitation et le mélange en mélangeur Triaxe® nous avons mis au point un logiciel capable de piloter le mélangeur, de suivre les conditions opératoires — vitesses d'agitation et couples développés par les moteurs — et d'analyser la qualité du mélange obtenu en temps réel.Le suivi des couples développés par les moteurs lors du mélange a permis d'identifier les régimes d'écoulements présents dans ce type de mélangeur.La mise en œuvre et la validation de la méthode d'analyse d'image pour mesurer la qualité du mélange ont permis de suivre l'évolution cinétique de mélanges binaires de deux poudres à écoulement libre — couscous/semoule — et d'une poudre à écoulement libre et d'une poudre cohésive — couscous/lactose.Cette étude a permis de caractériser ce nouvel équipement de mélange, de définir les protocoles opératoires à utiliser en fonction des propriétés des poudres afin d'obtenir un mélange efficace à la fois en terme de temps de mélange court et de puissance consommée faible. Des corrélations basées sur des nombres adimensionnels ainsi qu'une corrélation liant le temps de mélange et les vitesses d'agitation ont été déterminées.

Particles agglomeration allows to modify their initial physical properties (size, shape, density, porosity) and to improve powder end-use properties like flowability, mechanical resistance and dispersibility, very important for pharmaceutics and food products. Fluidized bed agglomeration is obtained by spraying a liquid (solvent, binder solution) on fluidized particles to allow liquid bridges formation when wet particles collide. These bridges consolidate due to drying by the hot fluidizing air. In this study, the sprayed liquid jet was characterized (shape, angle, liquid drop size and size distribution) for different spraying conditions and a wetting region, of low temperature, was identified in the bed performing air temperature measurements in a fluidized bed of glass beads top spraying water. The size and shape of this region, where the sprayed liquid wets the fluidized particles and where agglomeration predominantly occurs, were found to depend on operating conditions (inlet air temperature, particle load, liquid feed rate, spraying pressure). Agglomeration trials performed with spherical, non-soluble glass beads (~160 micrometers) spraying acacia gum solutions (20-30% w/w) and with irregular, soluble maltodextrin particles (~180 micrometers) spraying water or maltodextrin and acacia gum solutions (20% w/w) demonstrated that controlled agglomeration was achieved for a wetting zone occupying between 18 and 30 % of the fluidized bed. Non-soluble particles required a preliminary coating period before starting to agglomerate whilst soluble particles became sticky and agglomerated as soon as their surface was wetted by the sprayed liquid. For both types of particles, the growing period was stopped when a maximal size of agglomerates was reached. It was higher for soluble particles and increased when increasing the sprayed liquid flow rate. Analysis of powder properties demonstrate that small drops of the sprayed liquid lead to small and weak agglomerates. Bigger agglomerates had a more irregular shape but a better mechanical resistance. A model using population balance equations to describe the particle size increase and the evolution of the size distribution during agglomeration in the wetting zone, was proposed and validated.; L'agglomération de particules solides modifie leurs propriétés physiques (taille, forme, densité, porosité) et celles de la poudre constituée d'agglomérats (coulabilité, instantanéité), importantes pour les produits alimentaires. La pulvérisation de liquide (solvant, solution de liant) à la surface des particules fluidisées (air chaud) permet la création de ponts liquides, consolidés par séchage par l'air chaud. Dans cette étude, le jet de gouttes pulvérisées est caractérisé (angle et forme ; taille des gouttes) pour différentes conditions de pulvérisation. La région de mouillage " basse température " où l'agglomération se produit, est identifiée par la mesure des températures d'air dans un lit fluidisé de billes de verre pulvérisées par de l'eau. La taille et la forme de cette région dépendent des conditions opératoires (température d'entrée d'air, charge en particules, débit liquide pulvérisé, pression de pulvérisation). Des essais d'agglomération ont été réalisés avec des billes de verre non solubles (sphériques, environ 160 micromètres) en pulvérisant des solutions de gomme d'acacia (20-30% w/w) ; puis des particules de maltodextrine solubles (environ 180 micromètres) en pulvérisant de l'eau ou des solutions de maltodextrine/ou de gomme (20% w/w). Une agglomération contrôlée est obtenue pour un volume de la zone de mouillage compris entre 18 et 30 % du lit fluidisé. Les particules non solubles nécessitent une pré-couche alors que les particules solubles s'agglomérent dès le mouillage. Dans les deux cas, la taille atteint un maximum, plus élevé pour des particules solubles ou pou un débit de liquide élevé. L'analyse des propriétés des poudres agglomérées montre une résistance mécanique et une taille plus faibles pour les agglomérats formés à partir des gouttes pulvérisées les plus petites. Les agglomérats les plus gros sont irréguliers, plus résistants. A partir de bilans de population, un modèle décrivant la croissance de taille dans la zone de mouillage est proposé et validé.

Particles agglomeration allows to modify their initial physical properties (size, shape, density, porosity) and to improve powder end-use properties like flowability, mechanical resistance and dispersibility, very important for pharmaceutics and food products. Fluidized bed agglomeration is obtained by spraying a liquid (solvent, binder solution) on fluidized particles to allow liquid bridges formation when wet particles collide. These bridges consolidate due to drying by the hot fluidizing air. In this study, the sprayed liquid jet was characterized (shape, angle, liquid drop size and size distribution) for different spraying conditions and a wetting region, of low temperature, was identified in the bed performing air temperature measurements in a fluidized bed of glass beads top spraying water. The size and shape of this region, where the sprayed liquid wets the fluidized particles and where agglomeration predominantly occurs, were found to depend on operating conditions (inlet air temperature, particle load, liquid feed rate, spraying pressure). Agglomeration trials performed with spherical, non-soluble glass beads (~160 micrometers) spraying acacia gum solutions (20-30% w/w) and with irregular, soluble maltodextrin particles (~180 micrometers) spraying water or maltodextrin and acacia gum solutions (20% w/w) demonstrated that controlled agglomeration was achieved for a wetting zone occupying between 18 and 30 % of the fluidized bed. Non-soluble particles required a preliminary coating period before starting to agglomerate whilst soluble particles became sticky and agglomerated as soon as their surface was wetted by the sprayed liquid. For both types of particles, the growing period was stopped when a maximal size of agglomerates was reached. It was higher for soluble particles and increased when increasing the sprayed liquid flow rate. Analysis of powder properties demonstrate that small drops of the sprayed liquid lead to small and weak agglomerates. Bigger agglomerates had a more irregular shape but a better mechanical resistance. A model using population balance equations to describe the particle size increase and the evolution of the size distribution during agglomeration in the wetting zone, was proposed and validated.; L'agglomération de particules solides modifie leurs propriétés physiques (taille, forme, densité, porosité) et celles de la poudre constituée d'agglomérats (coulabilité, instantanéité), importantes pour les produits alimentaires. La pulvérisation de liquide (solvant, solution de liant) à la surface des particules fluidisées (air chaud) permet la création de ponts liquides, consolidés par séchage par l'air chaud. Dans cette étude, le jet de gouttes pulvérisées est caractérisé (angle et forme ; taille des gouttes) pour différentes conditions de pulvérisation. La région de mouillage " basse température " où l'agglomération se produit, est identifiée par la mesure des températures d'air dans un lit fluidisé de billes de verre pulvérisées par de l'eau. La taille et la forme de cette région dépendent des conditions opératoires (température d'entrée d'air, charge en particules, débit liquide pulvérisé, pression de pulvérisation). Des essais d'agglomération ont été réalisés avec des billes de verre non solubles (sphériques, environ 160 micromètres) en pulvérisant des solutions de gomme d'acacia (20-30% w/w) ; puis des particules de maltodextrine solubles (environ 180 micromètres) en pulvérisant de l'eau ou des solutions de maltodextrine/ou de gomme (20% w/w). Une agglomération contrôlée est obtenue pour un volume de la zone de mouillage compris entre 18 et 30 % du lit fluidisé. Les particules non solubles nécessitent une pré-couche alors que les particules solubles s'agglomérent dès le mouillage. Dans les deux cas, la taille atteint un maximum, plus élevé pour des particules solubles ou pou un débit de liquide élevé. L'analyse des propriétés des poudres agglomérées montre une résistance mécanique et une taille plus faibles pour les agglomérats formés à partir des gouttes pulvérisées les plus petites. Les agglomérats les plus gros sont irréguliers, plus résistants. A partir de bilans de population, un modèle décrivant la croissance de taille dans la zone de mouillage est proposé et validé.

Rehydration is an essential quality attribute of a dairy powder, as most powders are dissolved before use. However, there can be problems associated with the different stages of the rehydration process: i.e. wettability, sinkability, dispersibility and solubility. Many sensors and analytical methods such as the insolubility index, NMR spectroscopy, turbidity, viscosity and particle size distribution can be used to study water transfer in dairy protein concentrates during rehydration. Micellar casein (MC) powder, obtained by tangential membrane microfiltration of milk followed by spray-drying, is an interesting dairy powder due to its high protein content, and it is a valuable model of milk micelles. However, enrichment of milk in micellar casein decreases water transfer during rehydration of MC powder. The slow water transfer during MC powder rehydration is timeconsuming. Some studies have shown that insolubility is related to a decrease in the water transfer during rehydration and not to thermal denaturation. Other studies have also shown that the decrease in water transfer might be related to the micellar structure. In the present study, the destructuration of micelle induced by addition of phosphate or citrate solution to MC increased water transfer during rehydration. Water transfer in the dairy protein concentrate during rehydration was found to be related to the aqueous environment, the nature of the mineral salts, the structure of the dairy proteins, the size of the powder particle and the rehydration conditions.; La réhydratation est un facteur déterminant essentiel de la qualité d'une poudre laitière puisque la plupart des poudres doivent être dissoutes avant utilisation. Des problèmes peuvent apparaître au cours des différentes étapes du procédé de réhydratation, i.e. : aptitude au mouillage/mouillabilité, aptitude au coulage/coulabilité, dispersibilité et solubilité. De nombreux moyens de détection et méthodes d'analyse, comme l'indice d'insolubilité, la spectroscopie RMN, la turbidité, la viscosité, la distribution des tailles de particules, peuvent être utilisés pour étudier le transfert d'eau dans les concentrés de protéines laitières au cours de la réhydratation. La poudre de caséine micellaire (CM), obtenue par microfiltration du lait suivie de séchage par atomisation, est une poudre laitière intéressante du fait de sa teneur élevée en protéine, et un modèle valable des micelles du lait. Cependant, l'enrichissement du lait en CM diminue le transfert d'eau au cours de la réhydratation de la poudre de CM. La lenteur du transfert d'eau augmente le temps de réhydratation de la poudre de CM. Quelques études ont montré que l'insolubilité était liée à une diminution du transfert d'eau pendant la réhydratation et non à une dénaturation thermique. D'autres études ont aussi montré que la diminution du transfert d'eau pouvait être due à la structure micellaire. Dans la présente étude, nous avons montré que la destructuration de la micelle par ajout d'une solution de phosphate ou citrate à la CM augmentait le transfert d'eau pendant la réhydratation et que le transfert d'eau dans le concentré de protéines laitières était dépendant de l'hygroscopicité, de la nature des sels minéraux, de la structure des protéines laitières, de la taille des particules de poudre et des conditions de réhydratation.

Fast development of brief lasers has permitted important progresses in the study of matter irradiated by an intense pulse. Brief X-ray generation, observed in this type of interaction, is interesting for imaging. Thanks to the short X-rays wavelength (0,1 to 100 Å), matter can be probe with resolution of the order of interatomic distance, allowing a direct information about the atomic structure. The brief duration allows to probe the dynamic of ultrafast phenomena.We have studied the interaction of an intense and brief laser with a flow of powder. This work points out some advantages of this new target concept compared to conventionnal ones. Moreover, it gives a deeper insight about the interaction of a brief and powerful laser impinging on such a target.A first part of this work has been devoted to the developpement of an under vacuum flowing system and to the choice of powder allowing different interaction regimes. Next we have studied some characteristics of this source like size, spectrum and maximum repetition rate. Finally, we deduced some interaction characteristics from the analysis of obtained spectra., Le développement rapide des lasers ultrabrefs constitue le moteur des progrès remarquables réalisés dans l'étude de la matière soumise à une irradiation intense. La génération de rayonnement X bref, mis en évidence dans ce type d'interaction, fait l'objet d'une attention particulière en raison de son intérêt pour mener des expériences d'imagerie. La courte longueur d'onde des rayons X (0,1 à 100 Å) permet en effet de sonder par diffraction la matière avec une résolution de l'ordre de la distance interatomique et de fournir ainsi une information directe sur la structure atomique d'un matériau. Délivrés de façon pulsée, ils permettent à la façon d'un stroboscope de sonder la dynamique de phénomènes ultrabrefs.Dans ce cadre, nous avons étudié l'interaction d'un faisceau laser intense et bref avec des grains de poudre en écoulement. Ce système présente un certain nombre d'avantages techniques sur les cibles conventionnelles. D'un point de vue fondamental, cette étude permet d'évaluer l'influence de la structure particulière de ce nouveau type de cible sur l'interaction laser-matière.Une première phase du travail a été consacrée à l'élaboration du système d'écoulement sous vide et à un choix de poudres permettant d'étudier différents régimes d'interaction. Nous avons ensuite étudié les propriétés de cette source, telles que l'extension spatiale et spectrale, l'émissivité ou la cadence de répétition maximale. Les flux de photons X obtenus sont comparables à ceux obtenus sur cible solide massive. Les spectres X mesurés nous permettent également de comprendre les phénomènes se produisant au cours de l'interaction.

Enrichment of milk with micellar casein decreases water transfer during the rehydration of milk powders. In this study, the effects of the ion environment and the ion addition method on the rehydration kinetics were found to be dependent on the changes in the micellar casein. For example, adding citrate or phosphate solution to the micellar casein suspension before drying considerably increased rehydration rates and this was related to the destruction of the micelle structure. Water transfer in the casein suspension was improved by adding NaCl during rehydration: this effect may be explained by the more hygroscopic nature of NaCl rather than by extensive modification of the micellar structure. The addition of CaCl2 considerably affected micelle organization and led to the formation of insoluble structures during spray drying.

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de Lorraine; This work is concerned with the study and modelling of rotary kilns for uranium oxides preparation. The first chapter deals with the study of the movement of solid in rotary kilns equipped with lifters. A method was developed to calculate the average distribution of powder in a transverse section of the kiln. It is based on geometrical considerations and on experiments (unloading law of the lifters and velocity of the falling swarms of powder). Measurements of Residence Time Distribution allowed to determine the mean residence time and the axial dispersion in the industrial kilns, making it possible to choose a model to calculate the bed depth profile. The second chapter is concerned with mechanisms and kinetic laws, established experimentally in the operating conditions of the industrial kilns in terms of temperature and gas composition. On this base, a kinetic model was set up, which allows to calculate the conversion of solid as a function of the powder transverse distribution by using the law of additive reaction times. The third chapter describes thermal aspects of rotary kilns. The thermal balances are established on the solid, the gas and the inner equipments. The thermal conductivities of powders and the emissivities of walls and powders were experimentally measured. The heat transfer coefficients were obtained by means of measurements in a laboratory kiln or from correlations from the literature. The complete model of kilns, discribed in the fourth chapter, is based on the measurements presented in the previous chapters, and on dynamic, kinetic and thermal models developed concurrently. At the present time, the model represents satisfactorily how industrial kilns work, and allows to suggest ways to improve the process.; Ce travail porte sur l'étude et la modélisation des fours tournants de défluoration et réduction du difluorure d'uranyle. Le premier chapitre traite de l'étude dynamique du mouvement de la charge solide dans les fours. Une méthode a été mise au point pour déterminer la répartition moyenne de la poudre dans une section transversale de four, basée sur des considérations géométriques et sur des mesures expérimentales de loi de déchargement des releveurs et de vitesse de chute des essaims de poudre. Des mesures de Distribution des Temps de Séjour ont permis de déterminer le temps de séjour moyen et la dispersion axiale dans les fours industriels, et de choisir un modèle pour calculer le profil de chargement. Le deuxième chapitre concerne le schéma réactionnel et la loi cinétique, établis expérimentalement dans les conditions de fonctionnement des fours industriels en termes de température et de composition gazeuse. Sur cette base, un modèle cinétique a été mis en place, qui permet de calculer l'avancement des réactions en fonction de la répartition transversale de la poudre en utilisant la loi des temps caractéristiques additifs. Le troisième chapitre décrit des aspects thermiques des fours tournants. Les bilans thermiques sont établis sur la charge solide, la phase gazeuse et les équipements internes. Les conductivités thermiques des poudres et les émissivités des parois et des poudres sont déterminées expérimentalement. Les coefficients d'échange thermique sont obtenus à l'aide de mesures dans un four de laboratoire ou à partir des corrélations de la littérature. Le modèle global de four, présenté au quatrième chapitre, est basé sur l'ensemble des mesures exposées dans les chapitres précédents, et sur les modèles dynamiques, cinétiques et thermiques développés parallèlement. Dans son état actuel, le modèle représente de façon satisfaisante le fonctionnement des fours industriels, et permet de suggérer des pistes pour l'amélioration du procédé.

The behaviour of a powder impacted on a target depends on its size, its particle size distribution, the material mechanical properties and the industrial rig. Aside from all the possible approaches to study the impact of pulverulent materials, our experimental equipments and methodology are different in providing complete and rigorous information on an elementary impact : the normal impact of single particles on a target.An experimental test rig for the study of impact in an air jet mill allows one to evaluate the relationship between the impact energy and the fineness of the impacted solids. From one side qualitative comparison is possible with the fragmentation profiles. On the other side quantitative comparison can be carried out with the definition of grindability parameters : attrition threshold and grindability expressed in created surface per energy.The test provides for a behaviour classification. In single impact tests, so far, three types of behaviour are highlighted : fragile, "complex" and ductile. Multi-impact study reveals the non-equivalence between multiple impact and single impact : a solid is not broken similarly if a given energy is provided in one or several times.The test also allows one to study the influence of the powder size, its structure, its processing, and more generally its "history" on its behaviour at impact on a target. Furthermore, more fundamental information can be obtained : relation structure-grindability parameters, fragmentation mechanisms, brittle-ductile transition, breakage efficiency, estimation of the reached impact temperature..., Le comportement face à l'impact d'une poudre dépend de sa taille, de sa distribution granulométrique, des propriétés mécaniques du matériau et de l'installation industrielle. Parmi la grande diversité des approches possibles pour l'étude de l'impact de matériaux pulvérulents, notre installation expérimentale de test se démarque en permettant d'obtenir une information complète de ce qui se passe au cours d'un impact élémentaire : l'impact normal de particules uniques sur cible. La méthodologie d'étude permet de déterminer l'influence de l'énergie mise en jeu sur la broyabilité des solides impactés. Outre une comparaison qualitative des profils de rupture, une comparaison quantitative est obtenue grâce à la définition de paramètres physiques et sensibles de fragmentation : seuil d'attrition et broyabilité exprimée en création de surface par unité d'énergie. Le test fournit une classification des comportements. En impact unique, actuellement, trois types sont mis en évidence : fragile, complexe ou ductile. L'étude du multi-impact révèle la non équivalence avec l'impact unique : un solide n'est pas broyé identiquement si on lui fournit une énergie en un ou plusieurs impacts. Il permet également d'observer l'influence de l'angle d'impact, de la taille du solide, de sa distribution de taille, de sa structure, de son procédé de fabrication, et plus généralement de son "histoire" sur son comportement en impact sur cible. En outre, des informations plus fondamentales peuvent être obtenues : lien structure du solide-caractéristiques de fragmentation ; mécanismes de fracture ; transition fragile-ductile ; efficacité de broyage ; estimation de la température atteinte au cours de l'impact...

The methode described determines solubilisation rate and the delay of reconstitution during the rehydration of powder. It is illustrated in the case of native micellar phosphocaseins. The addition of suitable additives such as soluble milk proteins or some polydextroses, before drying, improve the poor reconstituability of native micellar caseins; La méthode décrite détermine vitesse de solubilisation et délai de reconstitution lors de la réhydration de poudres. Elle est illustré dans le cas de phosphocaséines de calcium natives. L'ajout d'additifs tels que des protéines ou certains polysdextrose solubles, avant séchage, améliore la médiocre reconstituabilité des micelles de caséines natives.

La présence d'inhomogéneités chimiques (phases secondaires telles que BaCuO2, CuO, carbonates...) dans les céramiques YBa2Cu3O7-x non texturées pourrait expliquer en partie leurs limitations en transport de courant. Nous montrons que ces impuretés influent sur tout le cycle d'élaboration du matériau, depuis la synthèse de la poudre jusqu' a la céramique. La régéneration d'une poudre dégradée en milieu atmosphérique est analysée et discutée. Puis, une voie de synthèse originale utilisant le nitrate de baryum comme précurseur est développée. Le comportement magnétique en champ faible de céramiques issues de deux types de poudres, l' une contenant des carbonates, l'autre synthetisée par la voie oxy-nitrate a été déterminée en relation avec l'oxygène. Enfin, nous présentons une technique originale pouvant conduire a un matériau pur: l'analyse thermique a vitesse de transformation controlée.; non disponible