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Liquid crystals are found in important technological applications that are now maturing. The discovery in 2011 of a new nematic phase, the Twist Bend nematic (NTB) phase, could lead to a renewal in the field of liquid crystals applications requiring fast response times. However, the NTB phase is usually found at high temperatures and its alignment is exceedingly difficult to achieve, even in thin cells. The work of this thesis focuses on solving these two problems.The bad alignment of NTB phase in planar cells gives rise to unusual textures such as periodic stripes. In order to understand the origin of those textures, we changed the nature of the alignment layers as well as their parameters (anchoring forces, pretilt…). Our results show that surface mechanisms affect the textural instability of NTB phases in thin planar cells. The instability can even be removed for special anchoring conditions so that NTB phase aligns at large scale.The second challenge was to lower the NTB temperature range (usually close to 100°C) down to room temperature. We studied binary mixtures of CB7CB, a well-known NTB compound, with various cyanobiphenyl smectogens. This allowed us to lower significantly the range of the NTB phase in the 8CB/CB7CB phase diagram, even to the ambient temperature. Optical, thermal, dielectric and elastic properties of such mixtures have been characterized. We also studied their anchoring properties with various substrates and evidenced anchoring transitions on silanized glass that occurs changing the 8CB concentration. In particular, we succeeded in obtaining a quite rare homeotropic anchoring for the NTB phase., Les cristaux liquides se retrouvent aujourd’hui dans nombreuses applications. La phase cristal liquide la plus connue et la plus utilisée est la phase nématique. En 2011 une nouvelle phase, la phase Nématique Twist Bend (NTB), a été découverte. Très prometteuse pour de futures applications, elle pourrait stimuler le développement d’une nouvelle génération de dispositifs électro-optiques. Deux problèmes principaux limitent cependant son utilisation. La phase NTB est difficile à orienter sur de grandes surfaces. Un second défi réside dans l’obtention d’une phase NTB stable à température ambiante. Les travaux de cette thèse sont focalisés sur ces deux problématiques.La mauvaise orientation de la phase NTB dans des cellules planaires se traduit par des textures inhabituelles telles que des textures périodiques de type rayures. Pour comprendre l’origine de ces textures nous avons varié la nature et les paramètres (force d’ancrage, pretilt…) des couches d’alignement. Ce travail nous a permis de mettre en évidence et expliquer le rôle de mécanismes de surface modulant les déformations mais également de proposer des ancrages permettant une bonne orientation de la phase NTB sur de grandes échelles.Le second défi a consisté à abaisser la plage de température d’existence de la phase NTB (d’ordinaire voisine de 100°C) jusqu’à l’ambiante. Pour cela, nous avons étudié des mélanges binaires de CB7CB, un composé NTB très utilisé, et de différents smectogènes de type cyanobiphényle. Le diagramme de phase du mélange binaire 8CB/ CB7CB a montré une baisse très forte de la température de transition N/NTB. Certains mélanges sont stables à 25°C ce qui nous a permis de caractériser en détail leurs propriétés optiques, thermiques, diélectriques et élastiques. Les propriétés d’ancrage sont également modifiées fortement par l'ajout de 8CB au CB7CB. Il est ainsi possible d’obtenir facilement un alignement homéotrope d’une phase NTB, habituellement rare et compliqué à obtenir.

The work presented in this thesis is a contribution to the study of natural thermosolutal convection in rectangular configurations confining binary mixtures. Couplings of second order (Soret effect or thermo-diffusion and Dufour effect or diffusion-thermo), often neglected in the literature, were considered in addition to an internal volumetric heat generation. The use of numerical simulation methods different from conventional methods was among the objectives of this study. Thus, we have adopted the lattice Boltzmann method which is a mesoscopic approach with a simple (SRT) and multiple (MRT) relaxation time approximations. The study was focused on the effect of the least studied parameters in the literature (intensity of internal heat generation, Soret effect and Dufour effect) in the case of thermal and solutal buoyancy forces with the same intensity and opposite or cooperating effects. The results obtained are characterized by a wealth of phenomena generated by the combined effects of the control parameters and not reported in the literature. For example, the possibility of purification/loading of the medium from/with species by Soret effect was observed depending on the other control parameters. The study has also allowed to identify the stabilizing and destabilizing effects of the Soret and Dufour parameters on the intensities ranges of the internal heat generation that lead to steady and unsteady flows in the absence of the effects of the thermo-diffusion and diffusion-thermo, Le travail présenté dans cette thèse est une contribution à l'étude de la convection naturelle thermosolutale dans des configurations rectangulaires confinant des mélanges binaires. Des couplages de second ordre (effet Soret ou thermo-diffusion et effet Dufour ou diffusion-thermo), souvent négligés dans la littérature, ont été considérés en plus d'une génération volumique interne de la chaleur. Le recours à des méthodes numériques de simulation différentes des méthodes classiques faisait partie des objectifs de cette étude. Ainsi, on a adopté la méthode de lattice Boltzmann sur réseau qui est une approche mésoscopique avec une approximation à temps de relaxation simple (SRT) et multiple (MRT). L'étude a été focalisée sur l'effet des paramètres les moins étudiés dans la littérature (intensité de la génération interne de la chaleur, effet Soret et effet Dufour) pour des forces de volumes thermique et solutale de même intensité avec des effets opposés ou coopérants. Les résultats obtenus sont caractérisés par une richesse de phénomènes engendrés par les effets combinés des paramètres de contrôle et non reportées dans la littérature. Par exemple, la possibilité de purification/charge du milieu des/en espèces par effet Soret a été observée dépendamment des autres paramètres de contrôle. L'étude a permis également d'identifier des effets stabilisants et déstabilisants des paramètres de Soret et Dufour sur les gammes des intensités de la génération interne de la chaleur qui conduisent à des écoulements stationnaires et instationnaires en l'absence des effets de la thermo-diffusion et de la diffusion-thermo

The analysis of different types of structuring, present in simple and complex liquids and their mixtures, was done using the method of molecular dynamics. Complex mixtures have at least one associative component, such as water, alcohols (mono-ols and diols) and amines. The supra-molecular structuring in these mixtures is detected, described, quantified and connected with the atom-atom interactions is the molecules. These systems have interesting fluctuation behaviors, as shown through Kirkwood-Buff integrals. Their correlation functions behave in a complex way, depending on the component, concentration and temperature. The pre-peak at small k values in the site-site structure factor is defined as a signature of molecular domains in these mixtures. A special focus is placed on long-range structuring, which is a novelty considering the majority of the work in the field of the physics of liquids. This thesis contributes to a better understanding of micro-heterogeneous structures in molecular liquids, and gives new links to structural heterogeneities in soft and bio-matter., L'analyse de différents types de structuration, présents dans des liquides simples et complexes et leurs mélanges, a été réalisée en utilisant la méthode de la dynamique moléculaire. Les mélanges complexes ont au moins un composant associatif, tel que l'eau, les alcools (mono-ols et diols) et les amines. La structuration supra-moléculaire dans ces mélanges est détectée, décrite, quantifiée et liée aux interactions atome-atome entre les molécules. Ces systèmes ont des fluctuations aux comportements intéressants, comme le montrent les intégrales de Kirkwood-Buff. Leurs fonctions de corrélation se comportent d'une manière complexe, en fonction du composant, de la concentration et de la température. Le pré-pic aux petites valeurs de k dans les facteurs de structure site-site est défini comme une signature de la ségrégation en domaines dans ces mélanges. Une attention particulière est mise sur la structuration à longue portée, ce qui est une nouveauté compte tenu de la majorité des travaux dans le domaine de la physique des liquides. Cette thèse contribue à une meilleure compréhension des structures micro-hétérogènes dans les liquides moléculaires et permet d'établir des liens avec les hétérogénéités structurelles dans la matière molle et de la bio-matière.

The analysis of different types of structuring, present in simple and complex liquids and their mixtures, was done using the method of molecular dynamics. Complex mixtures have at least one associative component, such as water, alcohols (mono-ols and diols) and amines. The supra-molecular structuring in these mixtures is detected, described, quantified and connected with the atom-atom interactions is the molecules. These systems have interesting fluctuation behaviors, as shown through Kirkwood-Buff integrals. Their correlation functions behave in a complex way, depending on the component, concentration and temperature. The pre-peak at small k values in the site-site structure factor is defined as a signature of molecular domains in these mixtures. A special focus is placed on long-range structuring, which is a novelty considering the majority of the work in the field of the physics of liquids. This thesis contributes to a better understanding of micro-heterogeneous structures in molecular liquids, and gives new links to structural heterogeneities in soft and bio-matter., Metodom molekulske dinamike provedena je analiza različitih vrsta uređenja prisutnih u jednostavnim i kompleksnim tekućinama i njihovim binarnim mješavinama. Kompleksne mješavine su one koje imaju barem jednu asocijativnu komponentu, kao što su voda, alkoholi (mono-oli i dioli) i amini. Supra-molekularno strukturiranje u tim mješavinama je detektirano, opisano i kvantificirano, te je povezano s atom-atom interakcijama u molekulama. Pokazano je da ovi sustavi imaju zanimljivo ponašanje fluktuacija, opisano kroz Kirkwood-Buff integrale. Imaju kompleksno ponašanje korelacijskih funkcija ovisno o komponenti, koncentraciji i temperaturi. Signal na malim k vrijednostima atom-atom strukturnih faktora je definiran kao potpis molekularnih domena u tim sistemima. Naročiti naglasak se daje na dugodosežnu organizaciju u mješavinama, što je novost rada u odnosu na većinu literature u polju fizike tekućina. Ova teza doprinosi boljem razumijevanju mikro-heterogene strukture u molekularnim tekućinama, te daje nove poveznice sa strukturnim heterogenostima u mekoj i bio-materiji.

Recently, the cost and use of energy continually rise. Hence, humans are close to face serious environmental problems such as increasing CO2 discharges. In this regard, global community is to achieve the ambitious objective of reducing carbon footprint and to ensure that the heating demand is covered in a sustainable manner. Since, enormous amounts of low-temperature waste heat are released on daily bases from many industrial plants to the atmosphere at temperatures between 60 - 100°C. Absorption heat transformers (AHT) are interesting because they can recover low temperature waste heat from different industrial activities and renewable energy sources such as solar and geothermal. AHT can be used to upgrade waste heat to produce useful heat for heating and hot water supplies. Nowadays, the standard working pairs used for AHTs are {ammonia + water} and {water + lithium bromide}. However, both of the working pairs show questionable behavior such as toxicity, crystallization and corrosiveness. Therefore, exploring new working pairs which do not exhibit limitations become of great importance. This work includes an investigation to analyze the AHT systems using {water + ionic liquids} binary systems as working fluids. First, basic thermodynamic properties including vapor pressure, density, heat capacity as well as excess enthalpy of these binary systems were measured at various temperatures with different ionic liquid concentrations. The thermodynamic properties data were correlated by different equations, respectively. The correlated values were significantly consistent with the experimental data. Next, simulation of the AHT performance based on the thermodynamic properties of the new working pairs and on the mass and energy balance for each component of the system were performed. Results show that the {H2O + ILs} binary systems are promising alternatives to replace the already used {H2O + LiBr} working pairs, Ces dernières années, les coûts et la demande en énergie n’ont cessé d’augmenter. Par conséquent, l’humanité fait face à de graves menaces environnementales telles que l'augmentation des rejets de CO2. À cet égard, la communauté internationale doit parvenir à réduire de son empreinte carbone et à veiller à ce que les besoins en énergie thermique soient couverts de manière durable. D’importantes quantités de chaleur résiduaire à basse température (60 - 100°C) sont libérées quotidiennement dans l'atmosphère par de nombreuses installations industrielles. Les thermo-transformateurs de chaleur à absorption constituent un outil intéressant car ils peuvent revaloriser des chaleurs résiduaires pour produire de la chaleur utile pour le chauffage et la production d’eau chaude. Actuellement, les mélanges de travail utilisés dans les pompes à absorption sont les systèmes {ammoniac + eau} et {eau + bromure de lithium}. Cependant, ces deux fluides de travail présentent certains inconvénients tels que la toxicité, la cristallisation et la corrosivité. Par conséquent, il est important de rechercher de nouveaux mélanges de travail. Cette étude a pour objectif d’évaluer l’intérêt d’utiliser des mélanges constitués de liquides ioniques et d'eau au sein de thermo-transformateurs à absorption. Tout d'abord, les propriétés thermodynamiques de ces systèmes binaires (pression de vapeur, densité, capacité thermique et enthalpie d’excès) ont été mesurées dans un large domaine de température et de composition. Ces données expérimentales ont été corrélées à l’aide de modèles thermodynamiques adéquats. Ensuite, les performances de ces fluides de travail ont été évaluées. Les résultats montrent que les systèmes binaires {H2O + Ils} sont une alternative prometteuse aux fluides de travail traditionnels tels que {H2O + LiBr}

Phase transitions near a critical point, or second order phase transitions, are still a recent object of studies because of the large amount of interesting critical phenomena as the critical Casimir force, confinements problems or out of equilibrium phenomena following a quench at the critical point. This thesis experimentally studies phenomena near a critical point.This manuscript is divided in two parts : the first one consists in building several experimental set-up which measure viscosity through thermal fluctuation at micrometric scale. The second part consists in finding and characterize binary mixtures which show a second order phase transition. Preliminary results have been done in these samples. One of the principal points of these experimental set-up are a well regulated temperature, a probe sensitive to thermal fluctuation and/or pN forces and a reproducible binary mixture which presents a critical point easy to reach experimentally.We mounted from an Atomic Force Microscope (AFM) already built in the laboratory, a hanging-fiber probe to measure viscosity of liquids. Despite its weak efficiency as a metrologic probe, we described and developed a mode coupling model which let us understand mechanics of hanging-fiber probes. I also developed in the lab the dynamic differential microscopy technique (DDM) which do measurements with several probes. I discussed about the measure precision with in mind the aim of studying critical fluctuations.For the choice of the sample, we studied several binary mixtures. We characterized them by classical methods as turbidity measurements and static light scattering. These characterizations let us learn about binary mixtures in order to use them in a third experimental set-up : beads trapped in an optical tweezers already built in the lab. We added to it a home-made thermal regulation which can be used with the constraints of optical tweezers. These tests showed an unexpected phenomenon of oscillating phase transition induce by laser. We developed a model to describe it. At last, preliminary experiments with optical tweezers in binary mixtures showed qualitative effects of an approach near a critical point on the viscosity and on interactions between beads as critical Casimir force., Les transitions de phase près d'un point critique - dites du second ordre - sont un sujet toujours d'actualité en raison des nombreux phénomènes critiques intéressants tels que la force de Casimir critique, les problèmes de confinements ou les phénomènes hors d'équilibre suivant une trempe au point critique. Cette thèse vise à étudier expérimentalement certains phénomènes engendrés près d'un point critique. La thèse est divisée en deux axes : le premier consiste à développer plusieurs systèmes expérimentaux qui permettront de mesurer essentiellement la viscosité, par l'intermédiaire des fluctuations thermiques à l'échelle micrométrique. Le deuxième axe consiste à trouver et caractériser des mélanges binaires présentant une transition de phase du second ordre dans lesquelles on souhaite faire des mesures. Les enjeux de ces systèmes expérimentaux sont d'avoir une régulation en température précise, une sonde de mesure sensible aux fluctuations thermiques et/ou à des forces de l'ordre du pN, et un échantillon fiable et reproductible présentant un point critique accessible expérimentalement. Nous avons ainsi monté à partir d'un microscope à force atomique (AFM) déjà présent au laboratoire, un système de mesure de viscosité à sonde AFM fibrée. Malgré sa faible efficacité en terme de sonde de mesure métrologique, nous avons pu décrire et développer un modèle de couplage de modes de vibration permettant de comprendre la mécanique de microleviers AFM fibrés. J'ai également développé au laboratoire la mesure de microscopie dynamique différentielle qui permet de faire des mesures à sondes multiples contrairement au premier montage. J'ai discuté de la précision de la mesure dans le cadre de notre objectif d'étude des fluctuations critiques.En ce qui concerne l'échantillon de mesure, nous avons étudié plusieurs mélanges binaires que nous avons caractérisés par des méthodes classiques de turbidité et diffusion statique de la lumière. Cette caractérisation nous a permis de connaître les mélanges binaires pour les utiliser dans un troisième système de mesure : billes micrométriques piégées dans des pinces optiques déjà monté au laboratoire. Nous y avons rajouté un système de régulation thermique fait maison pour être exploité avec les contraintes de la pince optique. Ces tests ont fait apparaître un phénomène inattendu d'oscillations de transition de phase induites par laser. Nous avons développé un modèle pour les décrire. Enfin, des expériences préliminaires - toujours avec les pinces optiques dans les mélanges binaires - nous ont permis d'observer qualitativement des effets de l'approche au point critique par des mesures de viscosité et d'interaction type force de Casimir critique.

Phase transitions near a critical point, or second order phase transitions, are still a recent object of studies because of the large amount of interesting critical phenomena as the critical Casimir force, confinements problems or out of equilibrium phenomena following a quench at the critical point. This thesis experimentally studies phenomena near a critical point.This manuscript is divided in two parts : the first one consists in building several experimental set-up which measure viscosity through thermal fluctuation at micrometric scale. The second part consists in finding and characterize binary mixtures which show a second order phase transition. Preliminary results have been done in these samples. One of the principal points of these experimental set-up are a well regulated temperature, a probe sensitive to thermal fluctuation and/or pN forces and a reproducible binary mixture which presents a critical point easy to reach experimentally.We mounted from an Atomic Force Microscope (AFM) already built in the laboratory, a hanging-fiber probe to measure viscosity of liquids. Despite its weak efficiency as a metrologic probe, we described and developed a mode coupling model which let us understand mechanics of hanging-fiber probes. I also developed in the lab the dynamic differential microscopy technique (DDM) which do measurements with several probes. I discussed about the measure precision with in mind the aim of studying critical fluctuations.For the choice of the sample, we studied several binary mixtures. We characterized them by classical methods as turbidity measurements and static light scattering. These characterizations let us learn about binary mixtures in order to use them in a third experimental set-up : beads trapped in an optical tweezers already built in the lab. We added to it a home-made thermal regulation which can be used with the constraints of optical tweezers. These tests showed an unexpected phenomenon of oscillating phase transition induce by laser. We developed a model to describe it. At last, preliminary experiments with optical tweezers in binary mixtures showed qualitative effects of an approach near a critical point on the viscosity and on interactions between beads as critical Casimir force.; Les transitions de phase près d'un point critique - dites du second ordre - sont un sujet toujours d'actualité en raison des nombreux phénomènes critiques intéressants tels que la force de Casimir critique, les problèmes de confinements ou les phénomènes hors d'équilibre suivant une trempe au point critique. Cette thèse vise à étudier expérimentalement certains phénomènes engendrés près d'un point critique. La thèse est divisée en deux axes : le premier consiste à développer plusieurs systèmes expérimentaux qui permettront de mesurer essentiellement la viscosité, par l'intermédiaire des fluctuations thermiques à l'échelle micrométrique. Le deuxième axe consiste à trouver et caractériser des mélanges binaires présentant une transition de phase du second ordre dans lesquelles on souhaite faire des mesures. Les enjeux de ces systèmes expérimentaux sont d'avoir une régulation en température précise, une sonde de mesure sensible aux fluctuations thermiques et/ou à des forces de l'ordre du pN, et un échantillon fiable et reproductible présentant un point critique accessible expérimentalement. Nous avons ainsi monté à partir d'un microscope à force atomique (AFM) déjà présent au laboratoire, un système de mesure de viscosité à sonde AFM fibrée. Malgré sa faible efficacité en terme de sonde de mesure métrologique, nous avons pu décrire et développer un modèle de couplage de modes de vibration permettant de comprendre la mécanique de microleviers AFM fibrés. J'ai également développé au laboratoire la mesure de microscopie dynamique différentielle qui permet de faire des mesures à sondes multiples contrairement au premier montage. J'ai discuté de la précision de la mesure dans le cadre de notre objectif d'étude des fluctuations critiques.En ce qui concerne l'échantillon de mesure, nous avons étudié plusieurs mélanges binaires que nous avons caractérisés par des méthodes classiques de turbidité et diffusion statique de la lumière. Cette caractérisation nous a permis de connaître les mélanges binaires pour les utiliser dans un troisième système de mesure : billes micrométriques piégées dans des pinces optiques déjà monté au laboratoire. Nous y avons rajouté un système de régulation thermique fait maison pour être exploité avec les contraintes de la pince optique. Ces tests ont fait apparaître un phénomène inattendu d'oscillations de transition de phase induites par laser. Nous avons développé un modèle pour les décrire. Enfin, des expériences préliminaires - toujours avec les pinces optiques dans les mélanges binaires - nous ont permis d'observer qualitativement des effets de l'approche au point critique par des mesures de viscosité et d'interaction type force de Casimir critique.

Le système trigéminal –tout comme l’olfaction et la gustation– est un sens chimique qui permet la perception des informations chimiosensorielles de notre environnement. Contrairement à l’olfaction et à la gustation, notre connaissance du traitement des mélanges par le système trigéminal est limitée. Nous avons donc utilisé des mélanges de trois agonistes relativement spécifiques à des récepteurs (eucalyptol, agoniste TRPM8; aldéhyde cinnamique, agoniste TRPA1 ; camphre, agoniste TRPV1) et d’une odeur pure (alcool phényléthylique) dans différentes proportions afin de déterminer les dimensions de base de la perception trigéminale. Quatre dimensions principales se sont avérées pertinentes: l’intensité, la sensation de chaleur, la sensation de froid et la douleur. Nous avons utilisé ces dimensions pour étudier la perception de mélanges et de combinaisons dans différentes proportions d’un stimulus qui procure une sensation de froid (eucalyptol) et d’un stimulus qui procure une sensation de chaleur (aldéhyde cinnamique). Les résultats indiquent que les mélanges obtiennent généralement des scores plus élevés que les combinaisons sur les dimensions « intensité », « sensation de chaleur » et « douleur » alors que les combinaisons obtiennent des scores plus élevés sur la dimension « sensation de froid ». Ces résultats suggèrent des interactions spécifiques pour les différentes dimensions de la perception trigéminale. Nous en venons à la conclusion d’un effet d’additivité pour les mélanges sur les dimensions « intensité », « sensation de chaleur » et « douleur » alors que nous observons plutôt un effet de suppression de la perception de froid pour les deux stimuli dans les mélanges, ce qui semble indiquer des interactions particulières pouvant prendre place aux niveaux périphérique ou central., The trigeminal system – along with smell and taste – is a chemical sense that allows the perception of chemosensory information in our environment. However, contrary to smell and taste, we lack knowledge of the trigeminal processing of mixtures. We therefore investigated trigeminal perception using mixtures of three relatively receptor specific agonists (eucalyptol, TRPM8 agonist; cinnamaldehyde, TRPA1 agonist and camphor, TRPV1 agonist) together with one control odor (phenyl ethyl alcohol or PEA) in different proportions to determine basic dimensions of trigeminal perception. Four main dimensions were proven relevant to trigeminal perception: intensity, warmth sensation, cold sensation and pain sensation. Subsequently, we used these dimensions to investigate perception of mixtures and combinations of trigeminal stimuli using different concentrations of a cooling stimulus (eucalyptol) with a stimulus which evokes warmth perception (cinnamaldehyde). Results showed mixtures generally yielded higher ratings than combinations on the trigeminal dimensions “intensity”, “warm” and “painful” whereas combinations yielded higher ratings than mixtures on the trigeminal dimension “cold”. These results suggest dimension specific interactions in the perception of trigeminal mixtures. For the mixtures we used, we reach the conclusion of additivity for the dimensions “intensity”, “warm” and “painful”; we observed suppression of the cold perception of both stimuli in mixtures suggesting particular interactions which may take place on peripheral or central levels.

The prediction of interfacial tension of fluids is critical for many industrial applications. Advances in molecular simulation, and the recent evolution of supercomputing calculations allow for some years to predict the values of interfacial tension for complex systems. A work involving liquid / vapor equilibrium of pure compounds SO2, O2, N2 and Ar show that the models used can impact the quality of the prediction. Simulations of acid gas / alkane equilibrium such CO2 / n-butane, CO2 / n-decane or H2S / n-pentane were then performed. They have demonstrated the performance of methods of Monte Carlo simulations for the reproduction of interfacial tensions for such system. The study of ternary systems H2O / N2+CH4 and H2O / CO2+H2S has also shown that using molecular dynamics could help the equilibration of the simulated systems. The study of liquid / vapor equilibrias of sodium chloride brines show that certain non-polarizable models perform very well to predict the changes in the interfacial tension with the molarity of salt. The core-shell polarizable models based on the Drude oscillator model chosen did not allow to predict brines densities and the interfacial tensions. Finally, the study of water / alkane equilibria in the presence of salt or methanol showed that the molecular dynamics methods allow to predict quantitatively interfacial tension values for this kinds of interfaces. The effect of alcohol lowering the interfacial tension has been observed : this small surfactant populate the interfacial region at weak concentration., La prédiction de valeurs de tension interfaciale des fluides est capitale dans de nombreuses applications industrielles. Les techniques de simulation moléculaire et l’évolution rapide des moyens de calcul intensif permettent depuis quelques années de prédire des valeurs de tension interfaciale pour des systèmes complexes. Des travaux concernant des équilibres liquide / vapeur des corps purs SO2, O2, N2 et Ar montrent que les modèles choisi pour chaque molécule peuvent influencer la qualité des prédictions de tension interfaciale. Des simulations d’équilibres gaz acide / alcane de type CO2 / n-butane, CO2 / n-décane et H2S / n-pentane ont ensuite été réalisées. Elles ont mis en évidence l’efficacité des méthodes de simulation de type Monte Carlo pour la prédiction des tensions interfaciales pour de tels systèmes. L’étude de systèmes ternaires H2O / N2+CH4 et H2O / CO2+H2S a par ailleurs montré que le recourt à la dynamique moléculaire pouvait faciliter l’équilibration des systèmes simulés, rendant plus efficace la prédiction des tensions interfaciales. L’étude d’équilibres liquide / vapeur de saumures de chlorure de sodium a permis de mettre en évidence l’efficacité de certains potentiels non-polarisables pour la prédiction de l’évolution de la tension interfaciale avec la molarité de sel. Les modèles polarisables de type core-shell choisis ne permettent de prédire ni les masses volumiques, ni les tensions interfaciales. Enfin, l’étude d’équilibres eau / alcane en présence de sel ou de méthanol a montré que les méthodes de dynamique moléculaire permettaient de prédire quantitativement des valeurs de tension interfaciale pour ce type d’interface. L’effet de l’alcool abaissant la tension interfaciale a bien été observé, tout comme son placement préférentiel à l’interface.

Multiple metal and metalloid contaminations impair aquatic ecosystem community structure and functioning. However, the mechanistic understanding of individual pollutant toxic effects, but also of their interaction effects in a "global warning" context are still rarely tackled. However, aquatic ecosystem managers have an urgent need of early warning indicators (i.e. early, sub-lethal) of toxicant effects. Recently, an increasing attention has been turned to studies of the proteome of species/populations, which is considered as a dynamic entity modified by environmental conditions. In this context, we have worked with a model organism, Gammarus pulex (crustacea, amphipoda), under laboratory controlled conditions. Three objectives have been defined: (1) assessing the single and combined effects of two metals (i.e. arsenate and/or cadmium), (2) understanding the potential confounding effect of temperature on measured physiological and behavioural responses of gammarids and (3) investigating the existence of a singular response of the proteome of individuals exposed to different single or combined metal concentrations, at several tested temperatures. The major goals were first applying a diagnostic analysis to provide valuable biomarkers early indicating metallic stress, and second developing the foundations for a prognostic approach better predicting the organismal consequences of toxic contaminations due to the anthropogenic degradation of aquatic ecosystems; Les contaminations multiples par des métaux et métalloïdes menacent la structure et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Pourtant, les mécanismes d'action des polluants, leurs interactions et leur toxicité dans un contexte de réchauffement climatique sont encore peu abordés. Parallèlement, nous avons un besoin urgent de marqueurs d'alerte (i.e., précoces, sub-létaux) des effets de ces substances. Par ailleurs, une attention croissante est actuellement portée au protéome des êtres vivants, considéré comme une entité dynamique, modifié par les conditions du milieu. Dans ce contexte, nous avons travaillé en laboratoire avec comme espèce modèle le crustacé amphipode Gammarus pulex avec trois objectifs: (1) évaluer les effets de deux éléments métalliques (cadmium et arséniate) seuls ou en interaction sur des organismes exposés en conditions contrôlées, (2) appréhender les effets de la température en tant que facteur confondant potentiel des réponses mesurées, et (3) rechercher l'existence d'une réponse singulière potentielle du protéome d'individus exposés aux éléments métalliques seuls ou en mélange ; à plusieurs températures. Il s'agissait donc à la fois de réaliser une analyse diagnostique susceptible de fournir des marqueurs d'intérêt aptes à révéler précocement un stress chimique et de dresser les bases d'une approche pronostique permettant de mieux prédire les conséquences à l'échelle individuelle d'une dégradation anthropique du milieu

Multiple metal and metalloid contaminations impair aquatic ecosystem community structure and functioning. However, the mechanistic understanding of individual pollutant toxic effects, but also of their interaction effects in a "global warning" context are still rarely tackled. However, aquatic ecosystem managers have an urgent need of early warning indicators (i.e. early, sub-lethal) of toxicant effects. Recently, an increasing attention has been turned to studies of the proteome of species/populations, which is considered as a dynamic entity modified by environmental conditions. In this context, we have worked with a model organism, Gammarus pulex (crustacea, amphipoda), under laboratory controlled conditions. Three objectives have been defined: (1) assessing the single and combined effects of two metals (i.e. arsenate and/or cadmium), (2) understanding the potential confounding effect of temperature on measured physiological and behavioural responses of gammarids and (3) investigating the existence of a singular response of the proteome of individuals exposed to different single or combined metal concentrations, at several tested temperatures. The major goals were first applying a diagnostic analysis to provide valuable biomarkers early indicating metallic stress, and second developing the foundations for a prognostic approach better predicting the organismal consequences of toxic contaminations due to the anthropogenic degradation of aquatic ecosystems, Les contaminations multiples par des métaux et métalloïdes menacent la structure et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Pourtant, les mécanismes d'action des polluants, leurs interactions et leur toxicité dans un contexte de réchauffement climatique sont encore peu abordés. Parallèlement, nous avons un besoin urgent de marqueurs d'alerte (i.e., précoces, sub-létaux) des effets de ces substances. Par ailleurs, une attention croissante est actuellement portée au protéome des êtres vivants, considéré comme une entité dynamique, modifié par les conditions du milieu. Dans ce contexte, nous avons travaillé en laboratoire avec comme espèce modèle le crustacé amphipode Gammarus pulex avec trois objectifs: (1) évaluer les effets de deux éléments métalliques (cadmium et arséniate) seuls ou en interaction sur des organismes exposés en conditions contrôlées, (2) appréhender les effets de la température en tant que facteur confondant potentiel des réponses mesurées, et (3) rechercher l'existence d'une réponse singulière potentielle du protéome d'individus exposés aux éléments métalliques seuls ou en mélange ; à plusieurs températures. Il s'agissait donc à la fois de réaliser une analyse diagnostique susceptible de fournir des marqueurs d'intérêt aptes à révéler précocement un stress chimique et de dresser les bases d'une approche pronostique permettant de mieux prédire les conséquences à l'échelle individuelle d'une dégradation anthropique du milieu

Resume Nous presentons une etude analytique et numerique de l'action conjuguee de la thermodiffusion et de la convection, dite diffusion thermogravitationnelle, dans les melanges binaires. Il s'agit de quantifier l'importance de la separation dans le cas d'une cavite parallelepipedique horizontale remplie d'un melange binaire et soumise a des gradients horizontaux de temperature constants sur les deux parois horizontales, les autres parois sont impermeables a la matiere et thermiquement isolees. Cette nouvelle procedure differe de celle habituellement utilisee et qui consiste a obtenir la separation thermogravitationnelle dans une cellule verticale dont deux parois verticales sont maintenues a des temperatures constantes et differentes. Pour citer cet article : B. Elhajjar et al., C. R. Mecanique 334 (2006).

The tablet remains the dosage form the most present on the market. These tablets are obtained by the compaction of complex mixtures of an active substance and some excipients.The aim of this work was to evaluate the behaviour of various binary mixtures of three pharmaceutical excipients.The first part of this work is about the study of the compressibility and the compactibility of the excipients alone. Tests of characterization of the solid fraction by microtomography X supplemented this study.The second part deals with the study of the variation of compressibility and mechanical properties when the binary mixture composition changes. Microtomography X were also carried out on one of the mixture.This work was supplemented by the proposal for a model to describe the evolution of the Young's modulus and the tensile strength according to the mixture composition., Les matériaux granulaires sont utilisés dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la chimie, la métallurgie, l'agroalimentaire. Ils font l'objet de nombreuses recherches théoriques et expérimentales. La compression en matrice fermée est un procédé économique et facile à automatiser, ce qui explique qu'elle soit très répandue dans les industries qui utilisent des milieux granulaires. Dans le domaine pharmaceutique, le comprimé reste la forme la plus présente sur le marché. Bien que simple en apparence, la compression est un processus dynamique irréversible d'une grande complexité. Dans le cas d'un comprimé pharmaceutique, il faut garder à l'esprit que celui ci doit répondre à la fois à des contraintes technologiques, à des contraintes thérapeutiques et à des contraintes réglementaires très strictes. Pour répondre à ces différentes contraintes, les comprimés pharmaceutiques sont obtenus par la compression de mélanges souvent complexes d'excipients et d'une substance active. Bien que des progrès aient été fait dans la quantification des propriétés mécaniques des systèmes simples, le comportement mécanique des systèmes de poudres plus complexes a été moins étudié. L'idéal pour le formulateur serait de disposer des propriétés de chaque constituant du mélange et de sa contribution au comportement de l'ensemble du système pour pouvoir prédire le comportement des constituants en mélange. L'expérience semble montrer que ce n'est pas aussi simple. Or, comprendre le comportement d'un mélange en fonction des propriétés de ces constituants de base, c'est non seulement pouvoir prédire le comportement du mélange, mais également pouvoir développer de nouvelles formules. L'objectif de ce travail de recherche est d'évaluer les propriétés de mélanges granulaires compactés. Etant donnée la complexité du problème et la difficulté d'interprétation lorsque l'on s'intéresse à des mélanges d'excipients, les études doivent être réalisées sur des systèmes simples (mélanges binaires faisant intervenir des systèmes monodisperses). Il a donc été nécessaire d'étudier de la façon la plus complète possible les systèmes simples choisis avant de pouvoir passer à l'étude de leurs mélanges binaires.Les excipients étudiés (A TAB®, Fast Flo®, Vivapur 12®) sont représentatifs des excipients utilisés dans le domaine pharmaceutique. Les données de la littérature ont également mis en évidence des comportements en compression très différenciés. Le premier objectif de ce travail a donc été de caractériser de la manière la plus exhaustive possible le comportement sous pression des trois excipients ainsi que les propriétés mécaniques de ces systèmes compactés.Les résultats obtenus sur la compressibilité des trois excipients (énergies mises en jeu au cours de la compression, consommation de la porosité, modélisation de Heckel et seuil moyen d'écoulement plastique) ont confirmé des aptitudes à la compression très différentes.En complément, la technique de microtomographie X a été utilisée pour caractériser la fraction solide des comprimés de Vivapur 12®. Cette technique est une technique émergente dans l'étude des comprimés pharmaceutiques. Il a donc été nécessaire au préalable de la valider dans le domaine d'application dans lequel nous voulions la mettre en oeuvre (vérification de la loi de Beer-Lambert). Après une étape de calibration, une hétérogénéité au niveau de la répartition de la masse volumique a été mise en évidence au sein des comprimés, avec une différence importante entre la surface (surdensifiée) et le centre du comprimé. A la vue de ces observations, il apparaît donc que la différence entre les propriétés du volume (résistance à la rupture, module de Young, ...) et les propriétés de surface (dureté en indentation, ...) doit être faite.Concernant les propriétés mécaniques des systèmes simples compactés (résistance à la rupture, module de Young, ténacité, dureté Brinell), des différences ont été observées entre les trois excipients pour une même propriété. De plus, pour un même excipient, des variations marquées entre les propriétés mécaniques caractéristiques du volume du compact et les propriétés mécaniques caractéristiques de la surface ont été mises en évidence.Le modèle de la percolation qui est de plus en plus rencontré dans le domaine de la compression de composés pharmaceutiques a été appliqué aux trois systèmes étudiés. Les résultats de nos essais de modélisation semble montrer que ce modèle présente des limites. L'exposant critique ne semble pas universel pour une propriété donnée et les seuils de densité critique obtenus restent difficile à interpréter.La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude des mélanges binaires formés à partir des trois excipients étudiés dans la première partie.Le suivi de l'évolution de la porosité des mélanges (à une contrainte de compression donnée) en fonction de la composition massique du mélange a permis de mettre en évidence une relation linéaire Porosité/Composition. Cette relation permet de déterminer la porosité d'un mélange compacté sous une pression donnée à partir des données recueillies au cours de l'étude des systèmes simples. Par contre, le seuil moyen d'écoulement plastique des mélanges n'évolue pas linéairement avec la composition massique du mélange. Mais en raison de la relation précédemment obtenue, une méthode de calcul indirect du seuil moyen d'écoulement plastique est possible. Cette méthode prédictive permet une bonne approximation des propriétés de densification et de déformation d'un mélange binaire quelle que soit sa composition.Pour toutes les propriétés mécaniques étudiées, les lois de proportionnalités simples classiquement utilisées en mécanique ne sont pas applicables. Dans la majorité des cas, une déviation négative est même observée par rapport à ces lois simples.Dans le cas particulier des propriétés mécaniques qui caractérisent la surface des compacts, il est apparu qu'elles étaient régies par le composé le plus plastique du mélange dès que sa proportion massique est égale à environ 30 à 20 %.Pour s'inscrire dans une optique d'aide à la formulation, un modèle a été proposé pour décrire l'évolution du module de Young et de la résistance à la rupture en fonction de la composition du mélange. Après ajustement, une approche basée sur des interactions triangulaires et sur la probabilité de présence de ces interactions semble la plus adaptée.Pour compléter l'étude des systèmes binaires, des essais de microtomographie X ont également été menés sur des mélanges Vivapur 12®/A TAB® compactés. Les représentations obtenues ont permis de mettre en évidence le Vivapur 12® au niveau des surfaces des compacts qui ont été en contact avec les pièces mécaniques. Ces observations confirment les résultats obtenus en microindentation sur ce mélange. Les seuils de percolation des deux excipients ont également été mis en évidence.

This study is within the scope of fundamental knowledge transfer to a field case-study, i.e. the understanding of the adsorption properties of binary mixtures against a wall in the case of soil pollution by liquid hydrocarbons. From the theoretical study of critical adsorption, which has been well described in the literature, we carried out experiments on model systems by using neutron techniques. Neutron reflectivity was then applied to the liquid-vapeur interface of three different binary mixtures: perfluorohexane-hexane, deuterated methanol-cyclohexane and methanol-deuterated cyclohexane. The experimental data were analysed according to the theoretical prediction of Fisher and De Gennes, along with Liu and Fisher that suggested a power law decrease of the concentration profile (with an exponent equal to 0.52) followed by an exponential function. The characteristic exponent and the amplitude ratios for the methanol-cyclohexane mixtures were found fitted well with theoretical values for the three systems. Only the perfluorohexane-hexane mixture exibited a particular behavior in the adsorption process that affected the power law amplitude value. This step allowed us to study non critical adsorption and to apply neutrons techniques, e.g reflectivity and small angles neutrons scattering, to a water-2,5 dimethylpyridine mixture against silica, wich is a model system for soils polluted by water/hydrocabon mixtures. These experiments highlighted new experimental dificulties, which were not fully solved over this study, together with some problems in the analysis that would require specific modelling. Nevertheless, this study shows the capabilities of neutrons techniques to investigate some environmental mechanisms. Moreover, some of the results reported here can be used as a basis for future experiments.; Cette thèse se situe dans une démarche de transfert de connaissances fondamentales vers un domaine appliqué : la compréhension de mécanismes interfaciaux intervenant dans les processus de sols pollués par des hydrocarbures. Nous avons entrepris l'étude de systèmes modèles par des techniques neutroniques à partir d'un phénomène bien décrit théoriquement : le profil d'adsorption critique. La technique de réflectivité de neutrons est appliquée à l'interface liquide-vapeur de différents mélanges binaires (méthanol deutéré-cyclohexane, méthanol-cyclohexane deutéré et perfluorohexane-hexane). Les données expérimentales sont analysées selon les prédictions théoriques de Fisher et De Gennes et Liu et Fisher, qui prévoient une décroissance du profil de concentration en loi de puissance (avec un exposant valant 0,52) prolongée par une exponentielle. La valeur universelle de l'exposant est confirmée. Les amplitudes trouvées pour les mélanges méthanol-cyclohexane obéissent aux relations prévues mais l'adsorption est plus importante pour le mélange perfluorohexane-hexane. La réussite de cette expérience nous a permis d'une part d'étendre l'étude des profils d'adsorption à la zone non critique et d'autre part d'appliquer les techniques neutroniques (réflectivité et diffusion de neutrons aux petits angles) à un système modèle eau/polluant/sol : eau/2,5 dimethylpyridine/silice. Ces mesures ont mis en évidence des difficultés expérimentales nouvelles, qui n'ont pu toutes être résolues dans le cadre de ce travail, ainsi que des difficultés d'analyse qui demandent un travail spécifique de modélisation. Cependant, elles montrent que les techniques en question sont potentiellement utilisables dans l'étude de certains mécanismes environnementaux et une partie des résultats obtenus constituent une base intéressante pour le développement d'études ultérieures.