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2. Étude de l’interdiffusion et de l’effet Kirkendall dans les alliages métalliques à base de nickel
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Salsi, Camille and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
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Interdiffusion ,Matériaux ,Kirkendall effect, Ni-Cr-Si system Porosity ,Effet Kirkendall ,Système Ni-Cr-Si ,Déformation ,Porosité ,Simulation ,Deformation - Abstract
L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur les phénomènes d’interdiffusion dans les alliages métalliques en apportant des données quantitatives sur les phénomènes engendrés par l’effet Kirkendall (porosité, déformation) et dans un second temps à étudier l’effet de contraintes externes sur la diffusion. L’étude expérimentale, effectuée sur des alliages modèles d’un système à fort effet Kirkendall, Ni-Cr-Si, a consisté à analyser différents couples de diffusion à 1200°C. Ceux-ci ont été analysées quantitativement par le biais de différentes techniques de caractérisation (microscopies, tomographie X, corrélation d’images). Tous les résultats expérimentaux ont pu être comparés à des simulations 1D modélisant l’interdiffusion en prenant en compte explicitement les lacunes et leurs cinétiques d’élimination sur deux types de puits : dislocations et pores. L’étude a montré que la germination des pores n’est pas favorisée aux joints de grains et que l’annihilation des lacunes par la croissance de pores est un mécanisme plus efficace que par les montées de dislocations, que ces dernières soient situées en volume ou aux joints de grains. Les profils de concentration, la fraction volumique et la distribution des pores sont insensibles à la taille de grains à 1200°C. Les mesures de déformation par corrélation d’images sur la surface de couples de diffusion ont permis de montrer que la diffusion engendre des champs de déformation locaux selon la direction de diffusion et que la déformation est inexistante ou négligeable dans la direction normale à cet axe. La confrontation des résultats expérimentaux et des simulations a permis d’ajuster les paramètres liés à la force des puits dans la modélisation, pour les dislocations à l’aide des mesures de déformations et pour les pores à l’aide des mesures de porosité. Compte tenu des ordres de grandeurs attendus pour les densités de dislocations dans les alliages étudiés, les résultats suggèrent que seule la montée d’une partie des dislocations est activée lors de l’interdiffusion, en accord avec certains modèles de la littérature. Il est ainsi possible de relier la force des puits par montée de dislocations avec la description de la population de dislocations. En revanche, il n’a pas été possible d’établir de lien entre la force des puits par croissance de la porosité et une propriété du matériau considéré dans la modélisation. Enfin, l’étude de l’effet des contraintes externes de 25 MPa en compression uniaxiale (fluage) et de 326 MPa de pression hydrostatique sur la diffusivité a permis de montrer que les variations des coefficients d’interdiffusion existent mais qu’elles sont négligeables devant les incertitudes sur les valeurs des coefficients d’interdiffusion.
- Published
- 2023
3. Study of layered double hydroxides matrices obtained by epoxy route
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Bouebdellah, Marwa, Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut national polytechnique Clermont Auvergne (INP Clermont Auvergne), Université Clermont Auvergne (UCA)-Université Clermont Auvergne (UCA), Université Clermont Auvergne, and Vanessa Prevot
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Photodégradation ,Bisphenol A ,Latex ,Hydroxyde double lamellaire ,Photodegradation ,Adsorption ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,Layered Double Hydroxide ,Porosity ,Porosité ,Bisphénol A ,Phosphates - Abstract
In the context of the emergence of a wide range of potential applications, layered double hydroxides (LDH) and their derivative oxides have attracted increasing attention over the last two decades not only in academic research but also in industry. Much work in the scientific community has focused on the impact of the synthesis methods and parameters used on the purity, structure, shape and size of the particles, as well as on the surface properties of the prepared materials, all of which control their reactivity and performance in application areas. This thesis work focused on the recently described epoxyde method for the synthesis of LDH, which under certain conditions allows to control and strongly limit the size of the particles formed. In this context, the influence of the synthesis parameters was studied in depth for a ZnAl- HDL matrix, in order to gain a better understanding of this epoxyde method. The physico-chemical properties of the obtained phases, in terms of morphology, chemical composition, global and local structure, were analyzed by a multi-technique characterization approach (XRD, PDF, NMR, EXAFS, FTIR, SEM-EDS, TEM, ATG-MS...). The adsorption properties of these LDH phases in the aqueous phase were evaluated with respect to phosphate ions. The photocatalytic properties of a ZnGa phase obtained by epoxyde method were also studied for the degradation of a model pollutant, Bisphenol A, showing a complete degradation of Bisphenol A in the presence of a ZnGa-CO3 phase calcined at 300°C under UVA and in the presence of persulphate. Finally, the synthesis and nanostructuration of a LDH LiAl phase prepared by epoxyde process was also addressed in order to generate macroporous materials by association between LDH nanoparticles and latex-type polymeric particles. The interactions between the LiAl HDL-latex binary system were first described using time-resolved Dynamic Light Scattering experiments and DLVO theory before accessing macroporous structures using spray-drying followed by thermal treatment.; Dans le cadre de l'émergence d'une large gamme d'applications potentielles, les hydroxydes doubles lamellaires (HDL) et leurs oxydes dérivés ont attiré au cours de ces deux dernières décennies une attention croissante non seulement en recherche académique mais également dans le domaine de l’industrie. De nombreux travaux de la communauté scientifique s’intéressent à l’impact des méthodes de synthèse et des paramètres utilisés sur la pureté, la structure, la forme et la taille des particules, ainsi que sur les propriétés de surface des matériaux préparés, autant de caractéristiques qui contrôlent leur réactivité et les performances dans des domaines d’applications. Ce travail de thèse s’est focalisé sur la méthode époxyde récemment décrite pour la synthèse des HDL, permettant sous certaines conditions de contrôler et limiter fortement la taille des particules formées. Dans ce contexte, l’influence des paramètres de synthèse a été étudiée de manière approfondie pour une matrice HDL ZnAl, afin d’accéder à une meilleure compréhension de cette méthode époxyde. Les propriétés physico-chimiques des phases obtenues, en termes de morphologie, de composition chimique, de structure globale et locale, ont été analysées par une approche de caractérisation multi-technique (DRX, PDF, RMN, EXAFS, IRTF, MEB-EDS, MET, ATG-MS…). Les propriétés d’adsorption en phase aqueuse de ces phases HDL ont été évaluées vis-à-vis des ions phosphate. Les propriétés photocatalytique d’une phase ZnGa obtenue par méthode époxyde, ont également été étudiées pour la dégradation d’un polluant modèle le Bisphénol A, mettant en évidence une dégradation complète du Bisphénol A en présence d’une phase ZnGa-CO3 calcinée à 300°C sous UVA et en présence de persulfate. Enfin, la synthèse et la nanostructuration d’une phase HDL LiAl préparée par voie époxyde a été aussi abordée afin de générer des matériaux macroporeux par association entre nanoparticules d’HDL et particules polymériques de type latex. Les interactions mises en jeux entre le système binaire LiAl HDL- latex ont dans un premier temps été décrite grâce à des expérimentations de Diffusion Dynamique de la Lumière résolues dans le temps et à la théorie DLVO avant d’accéder à des structures macroporeuses à l’aide d’un séchage par spray-drying suivi d’un traitement thermique.
- Published
- 2022
4. Analyse Numérique de Modèles de Matériaux Poreux
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Lucas, Simon, Pacanowski, Romain, Barla, Pascal, Université de Bordeaux (UB), Melting the frontiers between Light, Shape and Matter (MANAO), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N), and Université de Bordeaux (UB)-Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Apparence ,Porosité ,Simulation ,[INFO.INFO-GR]Computer Science [cs]/Graphics [cs.GR] - Abstract
International audience; L’apparence des objets est impactée par leur structure microscopique. Ici nous nous intéressons à l’apparence de matériaux poreux. La présence de pores a été modélisée de deux manières dans les travaux existants: en modifiant l’état de surface d’un matériau, ou en modifiant ses propriétés volumiques. Il n’existe cependant pas de modèle de matériaux poreux suffisamment générique pour tenir compte à la fois des effets surfaciques et volumiques. Nous proposons dans cet article une étude de ces effets à l’aide de simulations du transport de la lumière. Cette approche permet de révéler les limitations des modèles existants, ainsi que des pistes prometteuses pour le développement futur d’un modèle de matériau suffisamment général pour tenir compte de variations de porosités et d’état de surface.
- Published
- 2022
5. Contrôle de l’eau efficace dans les mortiers imprimables en 3D fabriqués avec des granulats de béton recyclé
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Bouarroudj, Mohamed El Karim, Al Thib, Raghed, Belayachi, Naima, Bulteel, D., Rémond, Sébastien, Laboratoire de Mécanique Gabriel Lamé (LaMé), Université d'Orléans (UO)-Université de Tours (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de Génie Civil et Géo-Environnement (LGCgE) - ULR 4515 (LGCgE), Université d'Artois (UA)-Université de Lille-Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai (IMT Lille Douai), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Centre for Materials and Processes (CERI MP - IMT Nord Europe), Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai (IMT Nord Europe), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), IMT Mines Alès, LMGC, and LIFAM
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Mortier ,Granulat de béton recycle (GBR) Impression 3D Mortier Porosité Sable Absorption d'eau ,Granulat de béton recycle (GBR) ,Sable ,Porosité ,Impression 3D ,Absorption d'eau ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials - Abstract
International audience; L'impression 3D de mortiers cimentaires attire l'attention de nombreux industriels et chercheurs. Cependant, les mortiers imprimables en 3D consomment de grandes quantités de ciment et de sables naturels. Il est donc urgent de trouver des matériaux alternatifs. Les granulats de béton recyclé (GBR) en particulier les sables pourraient constituer une solution intéressante pour l'impression 3D. Le contrôle de l'eau efficace (Eeff) est primordial pour assurer le contrôle du comportement rhéologique des mortiers pour l'impression 3D. L'utilisation du sable recyclé après 24 heures d'immersion semble être le moyen le plus simple pour contrôler l'eau efficace du mortier, néanmoins cette démarche n'est pas facile à mettre en oeuvre sur site. Ainsi, une méthode simple basée sur un test d'affaissement est utilisée afin de quantifier l'absorption d'eau réelle en fonction de l'état d'humidité initial du sable. Quatre sables recyclés avec différents coefficients d'absorption d'eau (WA) sont utilisés. Des essais d'absorption sont tout d'abord réalisés après 15 minutes et 24 heures d'immersion. Les résultats montrent que plus de 90% d'absorption se produisent dans les 15 premières minutes. Ensuite des essais d'étalement du mortier réalisé avec le sable saturé pendant 15 minutes sont comparés avec la même composition de mortier réalisé avec un sable sec. Les résultats montrent des étalements équivalents pour les deux cas. Ainsi, environ 90% de la capacité d'absorption du sable recyclé est atteinte dans le mortier réalisé avec un sable recyclé sec.
- Published
- 2022
6. Comportement à l'état durci des mortiers imprimables à base de sable recyclé
- Author
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Al Thib, Raghed, Bouarroudj, Mohamed, Belayachi, Naima, Bulteel, D., Rémond, Sébastien, Laboratoire de Mécanique Gabriel Lamé (LaMé), Université d'Orléans (UO)-Université de Tours (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de Génie Civil et Géo-Environnement (LGCgE) - ULR 4515 (LGCgE), Université d'Artois (UA)-Université de Lille-Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai (IMT Lille Douai), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Centre for Materials and Processes (CERI MP - IMT Nord Europe), Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai (IMT Nord Europe), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), IMT Mines Alès, LMGC, and LIFAM
- Subjects
Mortier ,Granulat de béton recyclé GBR Sable recyclé fin Impression 3D Mortier Mécanique Porosité Absorption d'eau WA ,Granulat de béton recyclé GBR ,Mécanique ,Absorption d'eau WA ,Sable recyclé fin ,Porosité ,Impression 3D ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials - Abstract
International audience; L'utilisation des granulats recyclés dans l'élaboration des bétons et mortiers est une solution très attractive pour diminuer l'impact environnemental du secteur de la construction, notamment, la surexploitation des ressources naturelles granulaires et les quantités importantes des déchets de déconstruction. D'autres initiatives sont proposées pour diminuer le coût économique et environnemental du secteur de bâtiment comme l'impression 3D permettant de proposer à la fois un nouveau mode de construction et un procédé de mise en oeuvre des bétons. Malgré les avantages de l'impression 3D, l'utilisation de quantités importantes de ciment et de sable reste un inconvénient majeur. L'enjeu ici est d'utiliser des sables recyclés pour les mortiers et bétons imprimables. En effet, le comportement des granulats recyclés et la robustesse des formulations des matériaux sont liés à leur capacité d'absorption importante et la quantité de pâte de ciment adhérente. L'objectif est d'étudier le comportement à l'état durci des mortiers à base de sable recyclé fin pour à la fois caractériser les matériaux et valider la méthodologie de formulation des mortiers imprimables. La démarche consiste à remplacer le volume de sable naturel par un sable recyclé avec un volume de pâte constant. Deux mortiers à base de sable recyclé sont considérés en comparaison avec celui à base de sable naturel. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet Interreg CIRMAP, qui s'intéresse à développer des mortiers imprimables à base de granulats recyclés fin par impression 3D pour la fabrication de mobilier urbain. Les résultats montrent l'efficacité de la méthode de formulation utilisée, et l'effet du sable recyclé sur les propriétés physiques et mécaniques des mortiers.
- Published
- 2022
7. Mise au point d'une solution innovante de revêtements drainants et à effet rafraîchissant
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Seifeddine, Khaled, Institut Pascal (IP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut national polytechnique Clermont Auvergne (INP Clermont Auvergne), Université Clermont Auvergne (UCA)-Université Clermont Auvergne (UCA), Université Clermont Auvergne, Sofiane Amziane, and Evelyne Toussaint
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Evaporation rate ,Ilots de chaleur urbains ,Urban heat islands ,Perméabilité ,Effet rafraichissant ,[SPI.GCIV]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering ,Pervious concrete ,Taux d’évaporation ,Porosity ,Porosité ,Permeability ,Cooling effect ,Béton drainant - Abstract
Conventional impervious pavements have replaced natural soils due to the rapid growth of urbanization, which causes irregularities in the natural ecosystem and water evaporation and makes stormwater management complicated. In addition, these pavements usually have a dark surface and high thermal inertia. During the summer, they tend to absorb and store solar radiation and cancel out cooling by evaporation. These pavements cause a variety of urban problems, including urban heat islands and urban flooding. Pervious concrete (PC) is a special type of concrete with a highly interconnected pore structure. The porous structure and interconnectedness of the pores allow for efficient drainage of water through its matrix and can provide sustainable drainage solutions. The replacement of conventional pavements with PC pavements therefore has great potential for modernization and environmental sustainability, and simultaneously contributes to mitigating urban flooding and urban heat islands via evaporative cooling. The main objective of this thesis is to study the thermal behavior of PC and to measure and quantify its cooling performance in order to reduce urban heat island effects. The thesis is separated in two parts, the first one is composed of 3 review papers which aim to examine in a synthetic way the recent research advances concerning the mechanical, hydraulic and thermal properties of cool pavements. Models have been established to accurately predict the fundamental properties of PC such as density, permeability and mechanical strength. The second part is also composed of 3 papers that aim to understand the factors that influence the evaporation rate of permeable pavements and to study the thermal behavior of PC in dry and wet conditions via an analytical and experimental study. An innovative experimental bench has been designed and set up at Polytech Clermont-Ferrand. This bench is equipped with several devices allowing to study the thermal behavior of permeable pavements in dry and wet conditions under controlled climatic conditions in laboratory.; Les chaussées imperméables conventionnelles ont remplacé les sols naturels en raison de la croissance rapide de l'urbanisation, ce qui entraîne des irrégularités dans l'écosystème naturel et l'évaporation de l'eau et rend la gestion des eaux pluviales compliquée. De plus, ces chaussées ont généralement une surface sombre et une grande inertie thermique. Pendant l'été, elles ont tendance à absorber et à stocker le rayonnement solaire et empêchent le refroidissement par évaporation. Ces chaussées engendrent divers problèmes, notamment les îlots de chaleur urbains et les inondations. Le béton drainant (BD) est un type particulier de béton dont la structure des pores est fortement interconnectée. La structure poreuse et l'interconnexion des pores permettent un drainage efficace de l'eau à travers sa matrice et peuvent offrir des solutions de drainage durables. Le remplacement des chaussées conventionnelles par des chaussées en BD présente donc un grand potentiel pour la modernisation et la durabilité environnementale, et contribuent simultanément à limiter les inondations urbaines et à atténuer les ilots de chaleur urbains via le refroidissement par évaporation. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le comportement thermique du BD, de mesurer et de quantifier son pouvoir rafraichissant afin de réduire les effets d’ilots de chaleurs urbains. La thèse est constituée de deux parties dont la première est composée de 3 articles de revue qui visent à examiner de manière synthétique les avancées récentes de la recherche concernant les propriétés mécaniques, hydrauliques du BD ainsi que les propriétés thermiques des chaussées rafraichissantes. Des modèles ont été établis afin de prédire avec précision les propriétés fondamentales du BD telles que la densité, la perméabilité et la résistance mécanique. La deuxième partie est composée également de 3 articles qui visent à comprendre les facteurs qui influent sur le taux d’évaporation des revêtements perméables et d’étudier le comportement thermique du BD en condition sèche et humide via une étude analytique et expérimentale. Un dispositif expérimental innovant a été conçu et mis en place au laboratoire. Ce dispositif est équipé de plusieurs appareils permettant d’étudier le comportement thermique des revêtements perméables en condition sèche et humide dans des conditions climatiques contrôlées en laboratoire.
- Published
- 2022
8. Biodiversité et structure physique des sols : une vision spatialisée du fonctionnement des sols
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Erktan, Amandine, Coq, S., Blanchart, Eric, Chevallier, Tiphaine, Trap, Jean, Bernard, Laetitia, Nahmani, Johanne, Hartmann, Christian, Hedde, Mickael, Ganault, P., Barot, Sébastien, Cortet, Jérôme, Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Georg-August-University = Georg-August-Universität Göttingen, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES Paris ), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Etude et Compréhension de la biodiversité (ECODIV), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU), bourse de la « Deutsche Forschungsgemeinschaft » (Référence du projet : GZ : ER 978/1-1, AOBJ : 677987), and Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-École pratique des hautes études (EPHE)
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Micro-habitats ,porosity ,Porosidad ,organisme ingénieur ,solution du sol ,micro-habitat ,[SDV.SA.SDS]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,Solución del suelo ,porosité ,[SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems ,Ecosystem engineer ,soil solution ,Organismos ingenieros ,Soil foodweb ,Redes tróficas ,Réseau trophique - Abstract
Soils host an important biodiversity. They are essential to produce food and play a key role in soil biogeochemical cycles. At theglobal scale, a third of the soils are degraded. To preserve and restore the soils, we need to better understand the processes thatsupport their functioning, notably the ecological processes. Soil biodiversity play a fundamental role in soil functioning, but westill have an incomplete understanding on the mechanisms that explain it. One neglected aspect is how the complexity of the soilhabitat modulate the activity of the diversity of soil organisms and their interaction, notably trophic ones. Another understudiedaspect relates to the effect of soil organisms on soil structure. Most evidences come from the study of monospecific populations,whereas the effect of communities, their interspecific diversity and the trophic interactions among organisms remains largelyoverlooked. We conducted a literature review to capture the current state-of-the art and highlight the remaining gaps of knowledgeon (1) the role of the physical structure as a modulator of the effect of soil biodiversity on soil organic matter dynamic, and (2) therole of the diversity of soil organisms and their trophic interactions as biotic determinant of the soil structure. Finally, we suggestfuture interdisciplinary pathways at the interface between soil ecology and soil physics; Los suelos albergan una importante biodiversidad. Son esenciales para alimentar a la humanidad y desempeñan un papelfundamental en los ciclos biogeoquímicos del planeta. A pesar de que en todo el mundo un tercio de los suelos estándegradados, comprender los procesos ecológicos que se realizan en ellos para preservarlos y restaurarlos es un retoimportante. La diversidad de los organismos del suelo desempeña un papel central en su funcionamiento, pero la comprensiónde los mecanismos que explican el papel de esta diversidad sigue siendo limitada. Un obstáculo importante es que lostrabajos sobre el papel funcional de los organismos del suelo están generalmente desconectados de la complejidad de loshábitats en el suelo. La modulación de la actividad y de las interacciones entre organismos del suelo a través de la estructuradel suelo sigue siendo poco explorada. Por otra parte, el efecto de los organismos en la estructura física de los suelos seabordó esencialmente mediante el estudio de poblaciones monoespecíficas de organismos ingenieros del ecosistema. Sinembargo, este enfoque no permite estudiar el papel de la diversidad interespecífica, que requiere situarse en la escala deuniones pluriespecíficas. A través de una revisión de la literatura, el objetivo de este artículo es poner de relieve las carenciasde conocimiento sobre (1) el papel de la estructura física de los suelos como modulador del efecto de la biodiversidad en ladinámica de las materias orgánicas, y (2) el papel de la biodiversidad y de las interacciones tróficas como determinantes dela estructura física de los suelos. El artículo propone finalmente pistas de investigación interdisciplinarias en la interfaz entreecología y física del suelo; Les sols hébergent une importante biodiversité. Ils sont essentiels pour nourrir l'humanité et jouent un rôle fondamental dans les cycles biogéochimiques de la planète. Alors qu'à l'échelle du globe, un tiers des sols sont dégradés, comprendre les processus écologiques qui s'y déroulent pour mieux les préserver et les restaurer est un enjeu majeur. La diversité des organismes du sol joue un rôle central dans son fonctionnement, mais la compréhension des mécanismes expliquant le rôle de cette diversité reste limitée. Un frein majeur réside dans le fait que les travaux sur les rôles fonctionnels des organismes du sol sont généralement déconnectés de la complexité des habitats dans les sols. La modulation de l'activité et des interactions entre organismes du sol via la structure du sol reste peu explorée. Par ailleurs, l'effet des organismes sur la structure physique des sols a essentiellement été abordé par l'étude de populations monospécifiques d'organismes ingénieurs de l'écosystème. Or, cette approche ne permet pas d'étudier le rôle de la diversité interspécifique, qui nécessite de se placer à l'échelle d'assemblages plurispécifiques. A travers une revue de littérature, l'objectif de cet article est de souligner les lacunes de connaissances sur (1) le rôle de la structure physique des sols comme modulateur de l'effet de la biodiversité sur la dynamique des matières organiques, et (2) le rôle de la biodiversité et des interactions trophiques comme déterminant de la structure physique des sols. L'article propose enfin des pistes de recherche interdisciplinaires à l'interface entre écologie et physique du sol.
- Published
- 2022
9. Performance of self‐compacting rubberized concrete against carbonation and chloride penetration
- Author
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Jihen Mallek, Amara Loulizi, Atef Daoud, Othman Omikrine-Metalssi, Laboratoire de Génie Civil [Tunis] (LR-LGC-ENIT), Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis (ENIT), Université de Tunis El Manar (UTM)-Université de Tunis El Manar (UTM), École Nationale d'Ingénieurs de Sfax | National School of Engineers of Sfax (ENIS), Formulation, Microstructure, Modélisation et Durabilité des Matériaux de Construction (MAST-FM2D ), Université Gustave Eiffel, National Engineering School of Tunis = Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis [University of Tunis El Manar] (ENIT), and University of Tunis El Manar
- Subjects
Materials science ,POROSITE ,Carbonation ,DURABILITY ,0211 other engineering and technologies ,02 engineering and technology ,Chloride ion penetration ,complex mixtures ,CARBONATION ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,Natural rubber ,021105 building & construction ,CARBONATATION ,General Materials Science ,Composite material ,Civil and Structural Engineering ,CHLORIDE ION PENETRATION ,Chloride penetration ,technology, industry, and agriculture ,RUBBER ,DURABILITE ,Building and Construction ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Durability ,body regions ,Mechanics of Materials ,visual_art ,BETON AUTOPLACANT ,BETON AUTO-PLACANT ,visual_art.visual_art_medium ,SELF-COMPACTING CONCRETE ,PENETRATION ,0210 nano-technology ,CAOUTCHOUC - Abstract
This study assessed the performance of self-compacting rubberized concrete against carbonation and chloride penetration. In addition to fresh-state and compressive strength tests, durability of the studied mixes was evaluated by measuring carbonation and chloride penetration depths, total porosity, and pores'size distribution. It was found that an increase in rubber content leads to a decrease in compressive strength. However, stadequate strength for structural applications was achieved up to an incorporation of 15% rubber byvolume. As for durability, the presence of rubber was found to enhance performance against carbonation, but to worsen the resistance to chloride ion penetration.
- Published
- 2021
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10. Porosités des frontières et des identités dans l’œuvre de Miguel de Unamuno
- Author
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Hamida, Alya Ben
- Subjects
porosité ,porosity ,Miguel de Unamuno ,boundaries ,frontière ,identité ,identity - Abstract
Entre basculement des frontières géographiques espagnoles et redéfinition des identités individuelles et collectives, Miguel de Unamuno (1864-1936) s’interroge sur le sujet et son rapport à l’extériorité. Dans son œuvre romanesque, l’étude des frontières implique ainsi un questionnement sur l’identité de celui qui la franchit. Ainsi, nous verrons comment dans Niebla (1914) ou La Tía Tula (1921), la frontière est le lieu de prédilection de l’existence au sens étymologique et, dès lors, celui du conflit entre l’identité intime et l’extériorité. Dans Cómo se hace una novela (1927), cette question se doublera d’une porosité des frontières entre les genres et les prérogatives traditionnellement attribuées à l’auteur, au narrateur et aux personnages. Cette poétique du vertige cherche enfin à induire chez le lecteur un questionnement des frontières entre la fiction et sa propre réalité. Between the tilting of Spanish geographical borders and the redefinition of individual and collective identities, Miguel de Unamuno (1864-1936) questions the subject and its relation to exteriority. In his novels, the study of borders involves questioning the identity of the one who crosses it. Thus, we will see how in Niebla (1914) or La Tía Tula (1921) the border is the place of predilection of existence in the etymological sense and, therefore, that of the conflict between intimate identity and exteriority. In Cómo se hace una novela (1927), this question will be compounded by the porosity of the boundaries between genres and the prerogatives traditionally attributed to the author, narrator and characters. This poetics of vertigo finally seeks to induce the reader to question the boundaries between fiction and his own reality.
- Published
- 2022
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11. Biochars issus de roseau commun pour l’adsorption du méthylorange en solution aqueuse
- Author
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Abdelbaki Reffas, Laurent Duclaux, Abdellah Merrouche, Soriya Melouki, Laurence Reinert, Environnements, Dynamiques et Territoires de la Montagne (EDYTEM), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])
- Subjects
groupes fonctionnels de surface ,021110 strategic, defence & security studies ,Social Sciences and Humanities ,porosity ,Chemistry ,0211 other engineering and technologies ,02 engineering and technology ,roseau commun ,functional surface groups ,021001 nanoscience & nanotechnology ,6. Clean water ,porosité ,adsorption ,[SDE]Environmental Sciences ,[CHIM]Chemical Sciences ,Sciences Humaines et Sociales ,0210 nano-technology ,common reed ,biochars ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Water Science and Technology ,Nuclear chemistry - Abstract
L’industrie textile consomme de grandes quantités d’eau et utilise des colorants organiques pour teindre ses produits commerciaux. Ces colorants synthétiques sont à la fois toxiques et responsables de la coloration des eaux usées, ce qui nécessite de les traiter avant leur rejet. La plupart des colorants ne sont pas biodégradables et une fois rejetés provoquent une altération du milieu aquatique. Parmi les procédés de traitement des rejets liquides, l’adsorption sur charbon actif est une technique facile à mettre en oeuvre et peu onéreuse. L’objectif de cette étude consiste en la préparation de biochars à partir de roseau commun afin d’obtenir un adsorbant applicable pour la décoloration des effluents de l’industrie textile. Le roseau commun (Phragmites australis) de la rivière de Sed–Ksob de M’sila (Algérie) a été valorisé et utilisé comme précurseur pour la fabrication de biochars par activation à l’acide phosphorique. La chimie de surface des matériaux a été caractérisée par titrage sélectif (dosage de Boehm), analyse thermogravimétrique (ATG) et mesure du point de charge nulle (pHpzc). La texture poreuse a été étudiée par l’adsorption du bleu de méthylène (BM) et la mesure de l’indice d’iode. Les résultats de l’analyse ATG et du dosage de Boehm montrent la présence de nombreux groupes fonctionnels de surface sur les biochars. Les teneurs en groupes fonctionnels oxygénés dépendent du rapport d'imprégnation en acide phosphorique, à l'exception de celui obtenu à un rapport d'imprégnation de 150 %. L’adsorption du BM et le test d’indice d’iode indiquent une augmentation de la surface spécifique lorsqu’on augmente le rapport d'imprégnation. Ceci est dû au développement de la microporosité et de la mésoporosité. Les biochars ont été testés pour leur performance d'adsorption vis-à-vis d'un colorant anionique, le méthylorange (MeO). L’influence de différents paramètres expérimentaux a été étudiée : la concentration, le temps de contact et la température. L’étude des isothermes d'adsorption montre que le modèle de Langmuir décrit bien le processus de l’adsorption du MeO sur les biochars préparés. La cinétique d’adsorption peut être décrite par les modèles de pseudo-second ordre et de diffusion dans le film liquide. Le phénomène d’adsorption est de type physique et endothermique., The textile industry uses large amount of water and organic dyes to tint their products. These synthetic dyes are toxic and cause water coloring. This results in colored wastewater that must be treated before being discharged. In addition, most dyes are not biodegradable, and once released they alter the aquatic environment. Among the processes for treating these effluents, adsorption is an easy and a cost-effective process to implement. The objective of this study is the preparation of biochars from common reed applicable for the discoloration of effluents used in the textile industry. Common reed (Phragmites australis) has been collected from the Sed-Ksob river of M'sila (Algeria) and used as precursor for the production of biochars activated by phosphoric acid. The surface chemistry of the prepared materials has been characterized using selective titration (Boehm assay), TGA analysis and pH of point zero charge (pHpzc) measurements. The porous texture has been investigated by using methylene blue adsorption and iodine number measurements. The results of the TGA analysis and the Boehm assay show the presence of many superficial functional groups on the surface of the biochars. The amount of oxygenated functional groups on all the prepared biochars depends on the impregnation ratio of phosphoric acid, except for the one obtained at 150% impregnation ratio. The adsorption of methylene blue and the iodine test indicate an increase in the specific surface area with an increase in the impregnation ratio due to the development of the microporosity and the mesoporosity. The adsorption properties of methyl orange, an anionic dye, were studied on the prepared biochars as function of concentration, contact time, and temperature. The Langmuir model describes well the equilibrium adsorption of methyl orange on the prepared biochars. The adsorption kinetics are described by the pseudo-second order and the liquid film diffusion models. An endothermic physical adsorption of methyl orange on the prepared biochars has been highlighted.
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- 2020
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12. Les milieux poreux en ingénierie de réservoir : Introduction
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Hutin, Anthony
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Perméabilité ,Pression capillaire ,Milieux poreux ,Tortuosité ,Mouillabilité ,Porosité - Abstract
Issue: - Comment définie-t-on les milieux poreux? - Comment les caractérise-t-on? - Quelle est l’influence de la mouillabilité et de la pression capillaire sur la répartition des fluides? Contents: - Porosité, perméabilité, tortuosité et saturation en fluides - Loi de Darcy - Mouillabilité et pression capillaire - L’eau dans les milieux poreux
- Published
- 2022
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13. INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES STRUCTURES TEXTILES SUR LEUR EFFICACITE DE FILTRATION ET PERMEABILITE A L'AIR
- Author
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O. DOUGUET, V. TSCHAMBER, K. GAUTIER, G. LEYSSENS, D. MATHIEU, M. A. BUENO, and J.F. BRILHAC
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filtration ,porosité ,porosity ,fibrous materials ,air permeability ,perméabilité à l'air ,matériaux fibreux - Abstract
Le présent travail consiste à étudier l'influence des caractéristiques des matériaux fibreux architecturés, tissus ou tricots, sur leur porosité aux échelles macro (motif du tricot ou du tissu) et microscopiques (fibres) et par conséquent sur les stratégies à adopter pour optimiser leur potentiel d'utilisation comme média filtrant. Les résultats obtenus portent sur des structures dont les paramètres ont été variés. Les résultats obtenus montrent que les tricots et les tissus présentent des différences au regard de leur efficacité de filtration et perméabilité à l'air. Par ailleurs, alors que la perméabilité à l'air évolue linéairement avec la porosité macroscopique des matériaux étudiés, l'efficacité de filtration suit une loi de puissance. Enfin, une pilosité de surface dense permet de générer une échelle de porosité microscopique et peut permettre d'augmenter l'efficacité de filtration sans diminuer la perméabilité à l'air., This work deals with the influence of the characteristics of architecturally structured fibrous materials, woven or knitted fabrics, on their porosity at the macro (knitted or woven fabric pattern) and microscopic (fibres) scales, and consequently with the strategies to be adopted to optimize their potential for use as filter media. The results obtained concern structures with various parameters. The results show that knitted fabrics and woven fabrics differ in their filtration efficiency and air permeability. Moreover, whereas the air permeability evolves linearly with the macroscopic porosity of the materials studied, the filtration efficiency follows a power law. Futhermore, dense surface pilosity allows the generation of a microscopic porosity scale and can increase the filtration efficiency without decreasing the air permeability.
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- 2022
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14. Influence des échanges de débit entre les rues et un bloc de bâtiments durant une inondation urbaine : Expériences de laboratoire sous écoulement stable et instable termes
- Author
-
Mejía Morales, Miguel Angel and STAR, ABES
- Subjects
Zone urbaine ,Expérimentation ,Steady flow ,Mécanique des fluides ,Inondation ,Urban area ,Porosité ,Ecoulement stationnaire ,Urban flood ,Bâtiment ,Fluid mechanics ,Building ,[PHYS.MECA.MEFL] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph] ,Unsteady flow ,Experiments ,Porosity ,Ecoulement instationnaire - Abstract
The increasing occurrence of urban flooding in recent years demands a more accurate flood hazard assessment (flow depth and velocity) and the associated risk to property and people. This assessment must be based on a detailed understanding of the hydrodynamic processes, particularly on a local scale (at street or at city block). In this context, the aim of the thesis work was to study the lateral flow exchanges between a city block and streets during a urban flood, based on laboratory experiments. The latter were carried out under steady and unsteady flow conditions. The investigation area was limited to a single city block and its adjacent streets, considering the mechanisms that affect the capability of the city block to convey and store floodwaters. Three key issues were then addressed to quantify the influence on flow depth, velocity and discharge in the streets and within the city block: (i) by varying the magnitude of the conveyance porosity of the block, (ii) by varying the distribution of the conveyance porosity of the block and (iii) by varying the storage capacity of the block. Firstly, it was found that in the streets surrounding the block, the velocity and flow depth can vary significantly when considering the conveyance and storage of runoff in the block. Within the block, the most impacted flow parameter is the number and size of horizontal secondary flow cells. Secondly, it was found that the inflow hydrograph unsteadiness has a strong influence on the flood flow characteristics, as well as on the runoff volume stored within the block. Finally, the flood risk to pedestrians, which is both velocity and flow depth related, increases locally when considering the conveyance and storage within the city block., L’augmentation du nombre d’inondations urbaines au cours des dernières années incite à évaluer de manière précise l’aléa hydraulique (hauteur et vitesse de l’eau) et le risque associé pour les biens et les personnes. Cette évaluation doit s’appuyer sur une compréhension fine des processus hydrodynamiques en jeu notamment à une échelle locale (celle de la rue ou d’un bloc de bâtiments). Dans ce contexte, le travail de thèse a eu pour but d’étudier les échanges latéraux d’eau entre un bloc de bâtiments et les rues à proximité du bloc lors d’une inondation en ville, en s’appuyant sur des expériences de laboratoire. Ces dernières ont été réalisées dans des conditions d’écoulement stationnaire et instationnaire. La zone d’investigation a été limitée à un seul bloc de bâtiments et à ses rues adjacentes, en considérant les mécanismes qui affectent la capacité du bloc à transporter et à stocker les flux d’inondation. Trois points clés ont ensuite été abordés pour quantifier l’influence sur la hauteur, la vitesse et le débit d’écoulement dans les rues et à l’intérieur du bloc de bâtiments: i) en faisant varier la magnitude de la porosité de transport du bloc, ii) en faisant varier la distribution de la porosité de transport du bloc ; et iii) en faisant varier la capacité de stockage du bloc. Premièrement, on a constaté que, dans les rues entourant le bloc, la vitesse et la hauteur de l’eau peuvent varier considérablement si l’on tient compte du passage et du stockage des eaux de ruissellement à travers le bloc. A l’intérieur du bloc, le paramètre d’écoulement le plus impacté est le nombre et la taille des cellules d’écoulement secondaires horizontales. Deuxièmement, il a été constaté que l’instabilité de l’hydrogramme du débit entrant a une forte influence sur les caractéristiques des flux d’inondation, ainsi que sur le volume de ruissellement stocké dans le bloc. Enfin, le risque d’inondation pour les piétons, qui est à la fois lié à la vitesse et à la hauteur de l’eau, augmente localement en tenant compte du passage et du stockage à l’intérieur du bloc de bâtiments.
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- 2022
15. Le fantastique français : histoire de la construction du genre par l'image
- Author
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Robitaille, Cathleen and STAR, ABES
- Subjects
Fantastique ,Revenant ,Undead ,Fantasy ,Porosité ,Poe ,Fantastic ,Contes populaires ,Merveilleux ,Critique ,Folklore ,Fairy tales ,Contes de fées ,Folktales ,Invisible ,Engraving ,Illustration ,Iconography ,[SHS.HIST] Humanities and Social Sciences/History ,[SHS.ART] Humanities and Social Sciences/Art and art history ,France ,Genre ,Hoffmann ,Gravure ,Porosity ,Critic ,Iconographie - Abstract
In France, the fantastic genre spreads from the 1830’s. From its introduction, the problem of its own definition bothers the criticism. This literature seems to resist to a characterisation made by words. To define the genre, intellectuals call on literary figures who slowly become synonyms of the fantastic. The gloss nominates E. T. A. Hoffmann and Edgar Poe as hegemonic and perennial authors of the genre. Thus, they turn the definition into a sham, their works fixing the idea of the fantastic. However, this loophole leads to several rhetorical and critical issues. Firstly, examples are not arguments, secondly, they overshadow literary forms of pre-hoffmannian supernatural that triggers off historiographic omissions. The written form develops the difficulty to grasp and unify such an uneven genre. In contrast, image, and in particular illustrations that support narratives, builds a graphic identity to the fantastic which compensate the literary criticism defaults. Engraving uses a pre-existing and traditional iconography, that is bond with the extraordinary, in order to portray the genre. Nonetheless, graphic motifs don’t necessary suit these new stories. Then, artists have to break away from the usual restrictions of the representation to depict a universe that eludes the laws of nature, and therefore, the rules of composition. The combination of the iteration of the figures to their slow corruption shapes the visual unity of the fantastic., Le genre fantastique se déploie en France à partir des années 1830. Dès son introduction, le problème de sa définition occupe la critique. Cette littérature semble résister à la caractérisation par les mots. Pour déterminer le genre, les littérateurs font appel à des figures qui deviennent, peu à peu, synonymes du fantastique. La glose investit E. T. A. Hoffmann et Edgar Poe en en faisant les auteurs hégémoniques et indétrônables du genre. Ils sont alors une parade à la définition, leurs œuvres fixant le fantastique. Toutefois, cette esquive engendre plusieurs problèmes rhétoriques et critiques. D’une part les exemples ne sont pas des arguments, d’autre part ils éclipsent des formes de littérature du surnaturel pré-hoffmanniennes qui donnent lieu à des oublis historiographiques. L’écrit développe une difficulté à saisir et à unifier un genre si disparate. En revanche l’image, et notamment les illustrations qui accompagnent les récits, construit une identité graphique du fantastique qui pallie les manquements de la critique littéraire. La gravure use d’une iconographie préexistante et traditionnelle liée à l’extraordinaire pour mettre en image le genre. Néanmoins, les motifs ne conviennent pas systématiquement à ces écrits novateurs. Les artistes doivent alors se détacher des carcans habituels de la représentation pour figurer un univers qui échappe aux lois de la nature et donc de la composition. La combinaison de l’itération des figures à leur lent dévoiement modèle l’unité visuelle du fantastique.
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- 2022
16. Development and characterization of viticulture by-products for building applications
- Author
-
Guillaume Polidori, Céline Badouard, Mohammed Lachi, Fabien Bogard, Boussad Abbès, Christophe Bliard, Institut de Chimie Moléculaire de Reims - UMR 7312 (ICMR), SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-SFR CAP Santé (Champagne-Ardenne Picardie Santé), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Matériaux et Ingénierie Mécanique (MATIM), and Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)
- Subjects
Materials science ,Building insulation ,Starch ,Mechanical properties ,7. Clean energy ,Porosité ,Absorption acoustique ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,03 medical and health sciences ,chemistry.chemical_compound ,Noise reduction coefficient ,[SPI]Engineering Sciences [physics] ,0302 clinical medicine ,Thermal conductivity ,Flexural strength ,Composite bio-sourcé ,Propriétés mécaniques ,General Materials Science ,030212 general & internal medicine ,Composite material ,Potato starch ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Civil and Structural Engineering ,Aggregate (composite) ,030503 health policy & services ,Pomace ,Bio-sourced composite ,Building and Construction ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,Amidon de pomme de terre ,Isolation des bâtiments ,[CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers ,chemistry ,Sound absorption ,[SPI.GCIV.MAT]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Matériaux composites et construction ,0305 other medical science ,Porosity - Abstract
International audience; This work deals with the manufacture of new bio-based materials for building insulation from viticulture by-products, and potato starch. Four types of aggregates were used separately: grape pomace, stalks, skins, and crushed stalks. The starch/aggregate mass ratio was set at 20% starch. The samples obtained were characterized in terms of density, thermal conductivity, compressive and bending strength, and sound absorption coefficient. The thermal conductivity of the different composites was found to be ca 0.075 W/(mK). Compression tests showed a high compression resistance from the starch/stalk, grape pomace/starch, and crushed stalk/starch composites. The high sound absorption coefficient indicated that these materials can be used as sound absorbers, especially the starch/grape pomace composite with a measured absorption coefficient of 0.42 for a low thickness of 20 mm only. Overall, grape by-products/starch composites seem to have good thermal, mechanical, and acoustic performance for use as insulation materials in public building construction.; Ces travaux portent sur la fabrication de nouveaux matériaux biosourcés pour l'isolation des bâtiments à partir de sous-produits de la viticulture et de fécule de pomme de terre. Quatre types de granulats ont été utilisés séparément : marc de raisin, rafles, peaux et rafles broyées. Le rapport amidon/masse d'agrégat a été fixé à 20 % d'amidon. Les échantillons obtenus ont été caractérisés en termes de densité, de conductivité thermique, de résistance à la compression et à la flexion et de coefficient d'absorption acoustique. La conductivité thermique des différents composites s'est avérée être d'environ 0,075 W / (mK). Les tests de compression ont montré une résistance élevée à la compression des composites amidon/tige, marc de raisin/amidon et tige broyée/amidon. Le coefficient d'absorption acoustique élevé indique que ces matériaux peuvent être utilisés comme absorbants acoustiques, notamment le composite amidon/marc de raisin avec un coefficient d'absorption mesuré de 0,42 pour une faible épaisseur de 20 mm seulement. Dans l'ensemble, les composites sous-produits du raisin / amidon semblent avoir de bonnes performances thermiques, mécaniques et acoustiques pour une utilisation comme matériaux d'isolation dans la construction de bâtiments publics.
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- 2021
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17. La frontière entre le Mexique et le Guatemala : une frontière « poreuse » ?
- Author
-
Jean Clot
- Subjects
Porosidad ,Geopolitics ,Frontera México-Guatemala ,02 engineering and technology ,Porosité ,Frontière Mexique-Guatemala ,020204 information systems ,0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering ,Latin America. Spanish America ,Migration ,General Environmental Science ,H1-99 ,Migración ,Géopolitique ,F1201-3799 ,Social sciences (General) ,Representations ,Representaciones ,Mexico-Guatemala border ,Geopolítica ,General Earth and Planetary Sciences ,Représentations ,020201 artificial intelligence & image processing ,ddc:301 ,Porosity - Abstract
La frontière entre le Mexique et le Guatemala est fréquemment qualifiée de « frontière poreuse ». On retrouve en effet cette désignation dans de nombreux champs, notamment politique, médiatique, académique, ou encore au sein d’institutions internationales et non gouvernementales, si bien qu’il semblerait que la « porosité » soit une caractéristique inhérente de cette division territoriale. Cependant, la notion est-elle réellement neutre et descriptive ? Est-elle plus qu’une simple analogie et un emprunt au lexique des sciences naturelles dont elle est issue ? Cet article s’attache à cerner ce que recouvre le terme de porosité, en commençant par explorer ses définitions et l’usage qui en est fait dans un sens figuré lorsqu’il est accolé à la frontière mexicano-guatémaltèque. Dans un deuxième temps, la portée symbolique de la notion, ainsi que son origine, sont mises en exergue afin de parvenir à une meilleure compréhension des enjeux en matière de migration et de relations internationales. Enfin, une mise en parallèle avec d’autres contextes frontaliers permet de prendre une certaine distance critique par rapport à son usage, de souligner son relativisme et de soulever de nouvelles pistes de réflexion. The Mexico-Guatemala border is frequently referred to as a “porous border.” The phrase is found in various fields, such as politics, the media, academia, and international and nongovernmental institutions, which would tend to make “porosity” an inherent characteristic of that border. However, is “porosity” a neutral, descriptive term? Is it a mere analogy borrowed from the vocabulary of the natural sciences? This article will attempt to define the meaning of the term by paying close attention to its definitions and figurative uses in the context of the Mexican-Guatemalan borderland. It also aims at highlighting the symbolic scope of the notion, as well as its origin in order to achieve a better understanding of the issues at stake in the field of migration and international relations. Finally, it will draw a comparison with other border regions so as to stress the need for critical distance and to open new avenues for future exploration. La frontera entre México y Guatemala ha sido frecuentemente designada como “frontera porosa”. Esta denominación se encuentra en muchos ámbitos, como la política, los medios de comunicación, el mundo académico, las instituciones internacionales y las no gubernamentales, por lo tanto la "porosidad" parecer ser una característica inherente a esta división territorial. Sin embargo, ¿se trata de una noción realmente neutral y descriptiva? ¿Es algo más que una simple analogía tomada del léxico de las ciencias naturales del que procede? Este artículo se centra en la noción de “porosidad”, empezando por explorar sus definiciones y su uso en sentido figurado cuando se usa en referencia a la frontera entre México y Guatemala. En segundo lugar, se destaca el alcance simbólico de la noción, así como su origen, con el fin de lograr una mejor comprensión de las cuestiones que intervienen en el ámbito de la migración y las relaciones internacionales. Por último, la comparación con otros contextos fronterizos permite tomar cierta distancia crítica de su uso, subrayar su relativismo y plantear nuevas vías de reflexión.
- Published
- 2021
18. LES FORMES DE RÉSISTANCE SOCIALE AUX POLITIQUES PUBLIQUES AUTOROUTIÈRES LE CAS DE LA FUTURE AUTOROUTE ARABE AU LIBAN
- Author
-
Clea, Abi Khalil and Nada, Chbat
- Subjects
Autoroute, Liban, paysage, rupture, porosité ,porosité ,lcsh:Architectural engineering. Structural engineering of buildings ,autoroute ,lcsh:TH845-895 ,liban ,rupture ,paysage - Abstract
La liaison autoroutière dite « autoroute arabe », qui reliera Beyrouth à Damas et aux autres villes du Proche et du Moyen-Orient, risque de perturber les milieux de vie actuels des habitants des territoires concernés. Traversant des territoires villageois et urbains, cette autoroute remettra sans doute en cause les pratiques sociales et les ressources des habitants proches des voies actuelles et futures. L’étude de cas choisi correspond à une section de l’autoroute non encore exécutée qui suscite un débat récurrent depuis les années 1960. En s’inspirant de la Convention européenne du paysage, l’article montre que la construction de cet équipement devrait s’accompagner de la consultation des habitants et des élus locaux concernés pour définir les tracés, choisir les échangeurs et atténuer les impacts environnementaux et paysagers. Notant que cet article fait partie d'une recherche dans le cadre d'une thèse doctorale., African and Mediterranean Journal of Architecture and Urbanism, No 2
- Published
- 2019
19. Improvement of Recycled Aggregates Properties by Means of CO2 Uptake
- Author
-
Sereng, Marie, DJERBI TEGGUER, Assia, OMIKRINE METALSSI, Othman, DANGLA, Patrick, Torrenti, Jean Michel, Formulation, Microstructure, Modélisation et Durabilité des Matériaux de Construction (MAST-FM2D ), Université Gustave Eiffel, Laboratoire Navier (NAVIER UMR 8205), École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel, and Département Matériaux et Structures (MAST)
- Subjects
Technology ,POROSITE ,QH301-705.5 ,QC1-999 ,CO2 uptake ,recycled concrete aggregates (RCAs) ,RECYCLAGE (MATER) ,RECYCLAGE DES MATERIAUX ,BETON ,CARBONATATION ,IMPACT ENVIRONNEMENTAL ,BETON ENVIRONNEMENTAL ,Biology (General) ,QD1-999 ,accelerated carbonation ,Physics ,RCA porosity ,CO2 UPTAKE ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,Engineering (General). Civil engineering (General) ,DEMOLITION ,[SPI.GCIV]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering ,Chemistry ,DIOXYDE DE CARBONE ,POLLUTION ATMOSPHERIQUE ,GRANULAT RECYCLE ,TA1-2040 - Abstract
Concrete from deconstruction can have a second life in the form of recycled concrete aggregates (RCAs). They unfortunately have poor properties (high porosity and water absorption coefficient (WAC)) with respect to natural aggregates. Accelerated carbonation was implemented to improve the RCA properties and to increase their use by storing carbon dioxide (CO2) in the cement matrix and thereby reduce their environmental impact. This paper aims to perform a parametric study of a process for accelerated carbonation of RCAs to store the largest possible amount of CO2 and improve their properties. This study highlights the fact that each of these parameters affects CO2 storage, with an optimum water content for the maximum CO2 uptake depending on the nature and the source of the RCAs. This optimum is related to the RCA water absorption coefficient by a linear relationship. The results show that accelerated carbonation reduces the water absorption coefficient by as much as 67%. Finally, carbonation also decreases porosity, as observed by mercury intrusion porosimetry, by filling the capillary pores.
- Published
- 2021
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20. Etude de la relation entre porosité et étanchéité à l'ultra-vide de dépôts à base d'aluminium obtenus par projection dynamique par gaz froid ('cold spray')
- Author
-
Weiller, Sébastien, Centre des Matériaux (MAT), MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres, Alain Thorel, and Francesco Delloro
- Subjects
Étanchéité ,Gas tightness ,Cold spray ,Composite ,Ultra-high vacuum ,Flow simulation ,Porosity ,Porosité ,Ultra-vide ,Simulation d'écoulement ,Eléments finis ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials - Abstract
Cold Spray is a thermal spray process, a key advantage of which is its capability to achieve highly-dense coatings. The practical objective of the study is to fully exploit this asset to obtain a metallic coating which exhibit gas-tightness in ultra-high vacuum conditions as requested for the targeted application. The thesis work consists in studying cold spray conditions to result in suitable properties. The study will focus on porosity formation mechanisms when spraying. A major objective is to determine a critical size for porosity above which gas-tightness no more meets the required specifications for the application. For this, relevant characteristics of pores (size, distribution, shape, ... ) will be assessed. More basically, the work aims to correlate, including using numerical simulation, these characteristics with the previously-mentioned formation mechanisms as a function of spraying conditions. The influence of the substrate (a metal or a polymer) onporosity will be studied in particular, through the study of modifications in the coating build-up. Coating-substrate bond strength will be determined, based on the study of adhesion mechanisms since an influence of these on gas-tightness can be expected.; La projection dynamique par gaz froid (« cold spray ») est un procédé de projection thermique dont l’un des atouts majeurs est de pouvoir conduire à des dépôts très denses. C’est cet atout qui sera prioritairement exploité dans cette étude pour la réalisation d’un revêtement métallique dont l’application lui requiert de présenter une haute étanchéité au gaz, dans des conditions de vide poussé. Le travail proposé porte sur la réalisation de ce type de revêtement dont il faudra étudier la porosité susceptible de se former à la projection. L’un des objectifs est de déterminer la taille critique de pore au-delà de laquelle le niveau d’étanchéité exigé n’est plus respecté ainsi que tous les autres critères de porosité susceptibles d’intervenir (répartition, géométrie, etc.). Plus fondamentalement, il s’agira d’associer, y compris à l’aide de la simulation numérique, ces caractéristiques aux mécanismes de formation des pores en fonction des conditions de projection. L’influence du substrat (métal ou polymère) sur la porosité, via les modifications dans le processus de construction du dépôt sera examinée. Son adhérence, au substrat sera aussi déterminée, sachant que la propriété première sur laquelle il convient de se pencher est l’étanchéité au gaz. Des mesures seront effectuées sur éprouvettes adaptées.
- Published
- 2021
21. Étude des mécanismes de formation des dépôts de particules appliquée à la filtration THE
- Author
-
Nuvoli, Jonathan, Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP), Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Université de Lorraine, and Dominique Thomas
- Subjects
Nanostructured particles ,Soot ,Nanoparticules ,Nanoparticles ,Particules nanostructurées ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,Perte de charge ,Pressure drop ,Porosity ,Porosité ,Filtration ,Suie - Abstract
The filtration of air by fibrous media with high efficiency particulate air (HEPA) is a key point for the safety of sensitive installations. However, filters have a major drawback linked to the increase in their aeraulic resistance during their clogging, which can lead to unbalance the ventilation networks, or even in extreme cases to the rupture of filters and therefore to a loss of containment. In case of fire the filters may be subjected to a large supply of particles or to very clogging particles, causing a rapid increase in their pressure drop. In current pressure drop models used for risk assessment, porosity is a key parameter. Many authors, via simulations, have proposed porosity values for deposits of nanoparticles formed by filtration and have shown, for a given aerosol, a dependence of the porosity as a function of the Peclet number (ratio of the transport mechanisms by convection and diffusion. A specific experimental methodology has been developed in order to study the influence of the porosity of the deposits of the size and morphology of the particles, the physico-chemical characteristics of the particles and the carrier gas (nature, density, viscosity) and operating conditions (filtration rate, pressure). For this study, an experimental bench and a laser measurement device have been developed. This device measures the change in the thickness of the deposit coupled with its deposited mass over time in order to determine the porosity of the deposit. Studies on the deposits of spherical nanoparticles and formed by aggregates have made it possible to define the Stokes number (ratio between the kinetic energy of the particle and the energy dissipated by friction with the fluid) as the most relevant parameter to account for the evolution of the porosity of the deposit. This study led to various correlations allowing the estimation of the porosity of a deposit of pseudo-spherical nanoparticles or nanostructured particles.; La filtration de l’air par des médias fibreux à très haute efficacité (THE) constitue un élément important pour la sécurité des installations sensibles. Pourtant, les filtres présentent un inconvénient majeur lié à l’augmentation de leur résistance aéraulique au cours de leur colmatage ce qui peut conduire in fine au déséquilibrage du réseau de ventilation, voire dans des cas extrêmes à la rupture du filtre et par conséquent à une perte de confinement. Dans certaines situations accidentelles, telles qu’un incendie, les filtres peuvent être soumis à un apport important de particules ou à des particules très colmatantes, occasionnant une élévation rapide de leur perte de charge. Dans les modèles de perte de charge existants utilisés pour l’évaluation des risques, la porosité est une donnée d’entrée clef. De nombreux auteurs, via des simulations, ont proposé des valeurs de porosité pour des dépôts de nanoparticules formés par filtration et ont montré, pour un aérosol donné, une dépendance de la porosité en fonction du nombre de Péclet (rapport des mécanismes de transport par convection et diffusion). Une méthodologie expérimentale spécifique a été développé afin d’étudier notamment l’influence, sur la porosité des dépôts, de la taille et la morphologie des particules, des caractéristiques physico-chimiques des particules et du gaz vecteur (nature, masse volumique, viscosité) et des conditions opératoires (vitesse de filtration, pression). Pour cette étude, un banc expérimental ainsi qu’un dispositif de mesure laser spécifiques ont été développés. Ce dernier mesure l’évolution de l’épaisseur du dépôt couplée à sa masse déposée au cours du temps afin de déterminer sa porosité. Les études sur les dépôts de nanoparticules sphériques et formées par des agrégats ont permis de définir le nombre de Stokes (rapport entre l’énergie cinétique de la particule et l’énergie dissipée par frottement avec le fluide) comme le paramètre le plus pertinent pour rendre compte de l’évolution de la porosité du dépôt. Cette étude a débouché sur différentes corrélations permettant l’estimation de la porosité d’un dépôt de nanoparticules pseudo-sphériques ou de particules nanostructurées.
- Published
- 2021
22. Extension de l'approche locale de la rupture ductile aux sollicitations cycliques de grandes amplitudes
- Author
-
Remmal, Al Mahdi and STAR, ABES
- Subjects
Tomographie ,Gurson ,Cyclique ,Rochet ,Micromecanics ,Micromécanique ,[PHYS.MECA] Physics [physics]/Mechanics [physics] ,Ratcheting ,Porosité - Abstract
Ensuring the integrity of components throughout their lifespan is a major industrial issue, especially for nuclear facilities. The safety assessments of components must cover all possible situations, including very exceptional ones, such as earthquakes. For a monotonic loading, several theoretical frameworks exist to predict crack growths. The first part of this thesis is dedicated to the experimental study of the behavior of cavities, laboratory test specimens and a representative structure of a secondary nuclear power plant piping subjected to cyclic loadings. This experimental study is complemented by in-situ X-ray tomography tests conducted on axisymmetric notched tensile specimens loaded cyclically. The second part of this thesis is devoted to a theoretical study of the influence of cyclic loadings on void growth models. First, the void growth model of Morin is implemented in a finite element computational code to compare its predictions with the results of micromechanical simulations. It is shown that a better consideration of the effect of elasticity is essential to correctly predict the growth of a void subjected to cyclic loadings. Then, through determining the exact equation of porosity rate including elastic strains, an improvement of Morin's model is proposed in order to take into account the effects of elasticity.Finally, in the third part of this thesis, a numerical study of cyclic ductile rupture is conducted through simulations of the behavior of laboratory test specimen and a pipe mock-up. These simulations validate the predictions of the proposed model and its relevance to predict the behavior of structures subjected to cyclic loading of large amplitudes., Garantir l’intégrité des structures tout au long de leurs durées de vie est un sujet industriel majeur, en particulier pour les installations nucléaires. La démonstration de sûreté des équipements doit couvrir l’ensemble des sollicitations possibles, y compris les situations très exceptionnelles, comme les séismes. Pour un chargement monotone, plusieurs cadres théoriques existent pour prédire la propagation des fissures. La première partie de cette thèse est dédiée à l’étude expérimentale du comportement de cavités, d’éprouvettes de laboratoires et d’une structure représentative d’une tuyauterie secondaire de centrale nucléaire soumises à des chargements cycliques. Cette étude est complétée par des essais in-situ de tomographie par rayons X menés sur des éprouvettes axisymétriques entaillées chargées de manière cyclique. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l’étude théorique de l’influence des chargements cycliques sur les modèles de croissance de cavités. Le modèle de croissance de Morin est implémenté dans un code de calcul éléments finis afin de comparer ses prédictions avec les résultats de simulations micromécaniques. Dans un second temps, à partir de l’équation exacte d’évolution du taux de porosité incluant les déformations élastiques, une amélioration du modèle est proposée. Enfin, dans la troisième partie, une étude numérique de la rupture ductile cyclique est menée à travers la simulation du comportement d’éprouvettes de laboratoires et de structures de type tuyauterie. Elles permettent de valider les prédictions du modèle proposé ainsi que sa pertinence pour prédire le comportement de structure soumises à un chargement cyclique de grandes amplitudes.
- Published
- 2021
23. Macro et micro caractéristiques des zones de failles, systèmes de fracture et porosité des gisements d'uranium de socle de l'Athabasca (Saskatchewan, Canada)
- Author
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Abdelrazek, Maher and STAR, ABES
- Subjects
Athabasca ,Zone de faille ,Fault zone ,Shear zone ,[SDU.STU.AG] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Applied geology ,[SDU.STU.TE] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Tectonics ,[SDU.STU] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences ,Uranium ,[SDU.STU.PE] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Petrography ,Structures ,Zone de cisaillement ,Porosity ,Porosité - Abstract
The Athabasca region in western Canada is a metallogenic province hosting numerous uranium deposits that contain among the highest grades as known. The uranium mineralization is associated with the unconformity between the Archean basement and the overlying undeformed Athabasca sandstones. Some of the known economic deposits are located within basement faults that developed along inherited ductile shear zones. Development of these brittle fault zones is usually characterized by breccia, damage zones, and frequently by a vertical offset at the unconformity. Reactivated inherited basement structures allowed the development of structural traps in which the mineralization could be precipitated. The typical known model for these basement-hosted deposits, or “Ingress deposits”, implies that basin-derived fluids enriched in uranium flowing along basement faults. Interaction between these fluids and basement rocks leads to uranium precipitation in the structures.In a mineralizing system in which structural control is prominent, deformation zones may have been acted either as fluid conduits or barrier regarding the fluid circulations. Numerous studies mention such structures and their role played in uranium mineralization process in the basement, in the Athabasca region, in the Thelon and in the McArthur basin (Australia), with however lack of knowledge about the exact mechanisms and the conditions related to the development of the fertile structures. Distinction is not made between structures that may act as a fluid conduit or as fluid screen, which strongly limits the knowledge of the role played by different episodes of deformation and alteration into the setup of a fertile porosity network.This thesis focuses on the study of basement structures, U-mineralization and their alteration halo at different scales and allows to highlight the lead role played by the preexisting ductile fabric in the development of a favorable system for uranium-bearing fluid flow. Basement shear zones testify about a long fluid history (hydrothermal alteration, silicification, dissolution), and while reactivated later under brittle conditions made favorable environment for fluid flow beneath the Athabasca basin. Reactivation in the brittle domain leads to the development of a fractured corridors that are characterized by the reworking of ductile fabric into open fractures, accompanied with development of tensile jogs, which are suitable for mineral precipitation. The mineralization was emplaced lately within such structures that form a favorable porosity network within these strongly deformed and altered intervals.The present work allowed to define a structural signature that is common for two different prospects located at two opposite sides of the Athabasca basin. This signature can be qualified as a “structural footprint” is based on the overprinting of ductile shear zones by a network micro-fracture, in strongly deformed and altered basement rocks. The results also showed the importance of the structural approach at different scales (from project-scale, to drill core sample scale, and microstructures analysis) in the understanding of which mechanisms are critical in the emplacement of a favorable porosity network related with uranium mineralization., La région d’Athabasca au Canada concentre les gisements d’uranium de haute teneur les plus riches connus. Les minéralisations uranifères sont associées à la discordance entre le socle archéen à paléoprotérozoïque et les grès non-déformés de l’Athabasca. Une partie des gisements économiques connus sont situés au niveau de failles de socle qui se développent le long d’anciennes zones de cisaillement. Le développement de ces failles se traduit par la présence de brèches, zones de fracturation, et parfois d’un rejet vertical de la discordance. La réactivation des structures de socle héritées a permis la formation de pièges structuraux dans lesquels précipite la minéralisation. Le modèle de formation de ces gisements de socle, ou modèle « Ingress », propose la circulation de saumures de bassin chargées en uranium dissous le long des failles de socle. L’interaction entre ces fluides et les roches du socle entraine la précipitation de l’uranium dans les structures. Dans un système minéralisateur où le contrôle structural est fort, les zones de déformation peuvent agir comme chemin préférentiel ou écran vis-à-vis de la circulation fluide. De nombreux travaux décrivent ces structures et leurs rôles dans la mise en place des minéralisations d’uranium de socle dans l’Athabasca, le Thelon et le bassin de McArthur en Australie, mais les conditions et mécanismes de développement de ces structures sont peu contraints. La distinction n’est pas faite entre les différents types de structures dans la mise en place des minéralisations (drain ou piège), ce qui limite la compréhension de l’impact des différents épisodes de déformation et d’altération dans la mise en place d’un réseau de porosité fertile. Ces travaux de thèse, basés sur l’étude des structures de socle et des altérations associées à différentes échelles, ont mis en avant l’importance de l’héritage ductile dans le développement d’un système propice à la circulation de fluides et à la mise en place de minéralisations d’uranium. Les zones de cisaillement ductile témoignant d’une longue histoire fluide (altération hydrothermale, silicification, dissolution), et qui réactivées ultérieurement dans le domaine cassant sont des environnements favorables à la circulation de fluides sous le bassin. Des réactivations cassantes vont entrainer le développement d’une zone de fracturation et permettre, selon l’orientation des structures par rapport au champ de déformation, l’ouverture des plans de foliation. Le développement de ces fentes de tension ou « tensile jogs » créée l’espace adéquat à un remplissage minéral. La minéralisation se mets en place tardivement dans ces structures qui forment un réseau de porosité adéquat au sein de ces intervalles très déformés et altérés. Les travaux présentés ont permis de définir une signature structurale commune à deux gisements situés de part et d’autre du bassin d’Athabasca. Cette signature que l’on peut qualifier « d’empreinte structurale » repose sur la superposition de déformations cisaillantes ductiles et d’une zone de micro-fracturation, dans des roches de socle fortement déformé altéré. Les résultats obtenus ont aussi montré l’importance de l’approche structurale à différentes échelles (depuis l’échelle du projet, de l’observation des carottes jusqu’à celle des microstructures) dans la compréhension des mécanismes critiques pour la mise en place d’un réseau de porosité en relation avec des minéralisations d’uranium.
- Published
- 2021
24. Etude expérimentale sur les propriétés du béton drainant sous influence de la taille des granulats
- Author
-
Khezzane, Abdenour, Benouis, Abdelhalim, Ghorbel, Elhem, Boukour, Salima, and Khezzane, Abdenour
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Matériaux Algérien ,classe granulaire ,[PHYS.MECA.MSMECA] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph] ,comportement mécanique ,Porosité ,Béton drainant - Abstract
Pervious concrete is an environmentally friendly material. It is the alternative solution for impermeable pavements that do not manage well the various problems caused by rainwater ... Also known as porous concrete or cavernous concrete or permeable concrete, it has mechanical and drainage characteristics. The interconnected porosity that constitutes this concrete is the essential factor that favors its draining qualities, at the same time its presence leads to a drop in mechanical performance. The objective of this research is to find the best granular class for a pervious concrete that balances two contradictory properties, porosity and mechanical strength. Experimental tests were carried out in the laboratory by analyzing the influence of three different gravel sizes on the characteristics of pervious concrete based on local materials (from quarries and plants in Algeria) in the fresh and hardened state. The results showed the effect of the influence of the grading on the pavement concrete, in terms of porosity and mechanical strength., Le béton drainant est un matériau respectueux de l'environnement. Il constitue la solution alternative pour les revêtements de soles imperméable qui gèrent mal les divers problèmes causé par les eaux pluviales ... Egalement appelé béton poreux ou béton caverneux ou encore béton perméable, il possède des caractéristiques mécaniques et drainantes. La porosité interconnectée qui constitue ce béton est le facteur essentiel qui favorise ses qualités drainantes, en même temps sa présence conduit à une chute des performances mécaniques. L'objectif de cette recherche est de trouver la meilleure class granulaire pour un béton drainant qui équilibre entre deux propriétés contradictoires, porosité et résistance mécanique. Des essais expérimentaux ont été effectués au laboratoire en analysant l'influence de trois différentes granulométries du gravier sur les caractéristiques du béton drainant à base des matériaux locaux (provenant des carrières et d'usines en Algérie) à l'état frais et à l'état durci. Les résultats ont montré l'effet de l'influence de la granulométrie sur le béton drainant, en thermes de porosité et de la résistance mécanique .
- Published
- 2021
25. Caractérisation du gradient latitudinal de températures au Paléogène : une analyse multi-proxies sur Subbotina linaperta (foraminifère planctonique)
- Author
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Below, Béatrice, Smith, Christopher, Desmares, Delphine, Dissard, Delphine, Le Cornec, Florence, Turcq, Bruno, Bardin, Jérémie, Tremblin, Maxime, Villier, Loïc, Sciencesconf.org, CCSD, Centre de Recherche en Paléontologie - Paris (CR2P), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Variabilité à long terme du climat de l'océan (VALCO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and SGF, CNRS, Laboratoire de Géologie de Lyon ou l’étude de la Terre, des planètes et de l’environnement
- Subjects
Paléogène ,Mg/Ca ,[SDU] Sciences of the Universe [physics] ,Sr/Ca ,porosité ,gradient de températures ,[SDU]Sciences of the Universe [physics] ,foraminifère planctonique ,δ18O ,températures ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,paléo - Abstract
International audience
- Published
- 2021
26. Fabrication directe par robocasting de biomatériaux architecturés métalliques
- Author
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Coffigniez, Marion and STAR, ABES
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Titanium ,Fabrication additive ,Frittage ,Additive Manufacturing ,Metallic material ,Magnésium ,[SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials ,Porosité ,Robocasting ,Titane ,Biomaterials ,Métallurgie des poudres ,Sintering ,Powder metallurgy ,Implant osseux ,Biomatériaux ,Matériau métallique ,Magnesium ,Bone implant ,Porosity ,Déliantage ,Debinding - Abstract
Beyond the personalisation aspect that it can bring to the medical field, additive manufacturing also gives access to the elaboration of cellular structures. These structures, with controlled porosity, make it possible both to modulate the mechanical properties of the object and to promote the cellular invasion necessary in tissue engineering. Among the metals commonly used in orthopaedic surgery, titanium alloys are those with the rigidity least distant from that of bone. This study therefore focuses on the development of structures made of Ti6-Al-4V, but also of magnesium since it has the advantage of being resorbable in the body. The scaffolds are obtained by robocasting, a process consisting of extruding, layer by layer, a pasty ink made up of powder and binder. The structures have then to be debinded and sintered at high temperature to achieve their final properties. For Ti-6Al-4V structures, a parametric study is carried out to evaluate the possibilities and limits of the process in terms of structures (and microstructures), chemical compositions and mechanical properties obtained. After optimisation, it is possible to obtain parts with two levels of interconnected porosities (intra-filament (interconnected) microporosity, beneficial for cell adhesion according to the literature, and drawn macropores), keeping a specific yield strength higher than that of bone (105 MPa.cm³/g) and a Young's modulus close to that of bone (28-30 GPa). An intra-filament porosity gradient can also be obtained by varying the powder size within a single part. Concerning magnesium, a binder compatible with the reactivity of the powder (ethanol base) has been identified and the first steps of the process (printing, debinding) are therefore quite feasible for this material. However, conventional sintering of (pure) magnesium is complicated by its reactivity. Alternative sintering methods are therefore being investigated (liquid phase sintering, Spark Plasma Sintering)., Au-delà de l'aspect de personnalisation qu'elle peut apporter au domaine médical, la fabrication additive donne aussi accès à l'élaboration de structures cellulaires. Ces structures, de porosité maîtrisée, permettent à la fois de moduler les propriétés mécaniques de l'objet, mais aussi de favoriser l'invasion cellulaire nécessaire en ingénierie tissulaire. Parmi les métaux communément utilisés en chirurgie orthopédique, les alliages de titane sont ceux présentant la rigidité la moins éloignée de celle de l'os. Cette étude porte donc sur l'élaboration de structures en Ti6-Al-4V, mais aussi en magnésium puisqu’il présente l'avantage d'être résorbable dans l'organisme. Les scaffolds sont obtenus par robocasting, procédé consistant à extruder, couche par couche une encre pâteuse constituée de poudre et de liant. Les structures sont ensuite déliantées et frittées à haute température pour atteindre leurs propriétés finales. Concernant les structures en Ti-6Al-4V, une étude paramétrique est effectuée pour évaluer les possibilités et les limites du procédé en termes de structures (et microstructures), de compositions chimiques et de propriétés mécaniques obtenues.Après optimisation, il est possible d'obtenir des pièces présentant deux niveaux de porosités interconnectées (microporosité intra-filament (interconnectée), bénéfique pour l'accroche cellulaire d'après la littérature, et macropores dessinées), gardant une limite d'élasticité spécifique supérieure à celle de l'os (105 MPa.cm³/g) et un module d'Young proche de celui de l'os (28-30 GPa). Un gradient de la porosité intra-filamentaire peut également être obtenu en faisant varier la taille de poudre au sein d’une seule et même pièce. Concernant le magnésium, un liant compatible avec la réactivité de la poudre (base éthanol) a pu être identifié et les premières étapes du procédé (impression, déliantage) sont donc tout à fait réalisables pour ce matériau. Toutefois, le frittage conventionnel du magnésium (pur) s'avère compliqué du fait de sa réactivité. Des alternatives de frittage sont donc étudiées (frittage en phase liquide, SPS).
- Published
- 2021
27. Experimental study and modelling of the mechanical response of polycrystalline ice under dynamic tensile loading : effect of the porosity
- Author
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Georges, David, Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Université Grenoble Alpes [2020-....], Maurine Montagnat Rentier, Pascal Forquin, and STAR, ABES
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[PHYS.MECA.SOLID] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph] ,Fragmentation ,[PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph] ,Glace polycristalline ,Traction dynamique ,Polycrystalline ice ,Dynamic tension ,Microstructure ,Porosity ,Porosité - Abstract
Hailstone impacts are a serious threat for the aeronautic field and can cause significant damages to a structure. Developing an accurate modelling of the mechanical response of ice when subjected to an impact is required to design robust structures protecting against ice impacts. Nevertheless, most of the constitutive models describing the behavior of ice under impact loadings are based on elasto-viscoplastic approaches with a scope limited to specific impact conditions. These models usually underestimate the role played by the ice dynamic tensile behavior, while the fragmentation properties of brittle-like materials have been shown to be strongly strain-rate and microstructure dependent. Moreover, the microstructure effect is systematically neglected in these models. These approximations are mostly due to a lack of knowledge about the parameters controlling the fragmentation mechanisms induced in ice. In a hailstone, the presence of pores in the microstructure is one of the most critical defect succeptible to initiate the fragmentation. Thus, this study aims to investigate the link between the ice porosity, induce damage mecanisms and the ice mechanical response to dynamic tensile loadings.To do so, highly instrumented spalling tests were conducted on isotropic polycrystalline ice samples with different levels of porosity. The spalling tests allowed to provide the first robust and reproducible set of data for the dynamic tensile strength of ice. Tensile strength and crack density are shown to increase with strain-rate unlike the results observed in the literature for quasi-static loadings. A tensile strength decreases with increasing porosity is also observed. We assumed that the critical stress level needed to trigger a crack from a porosity is a function of the porosity size in order to take into account this porosity effect.In parallel with the experimental tests, the Denoual-Forquin-Hild anisotropic damage model was used to predict the dynamic tensile behavior of ice. The density of critical defects (an input parameter) is determined from two different approaches. In the first one, the distribution of critical defects is considered to be a power law of the applied tensile stress, by applying the so-called Weibull model on bending test results. The second approach is based on extracting from micro-computed X-rays analysis the true porosity size distributions of ice samples. The theory of the linear elastic fracture mechanics is used as a failure criterion to convert the porosity size into a critical stress of activation. The solutions of both approaches are detailed and compared with the experimental results. Numerical simulations of spalling tests are also conducted using the Denoual-Forquin-Hild model. We observe a more precise prediction on a larger strain-rate interval when the critical defect density considered is based on the true pore size distribution extracted from tomography rather than the statistical distribution provided by the Weibull model. The results of the numerical simulations are in excellent agreement with the experimental observations, thus corroborating the main effect of the pore populations on the fragmentation initiation in porous ice. These results highlight the need to consider both the ice microstructure (and especially the porosity) and its dynamic tensile behavior as essential factors to model the behavior of hailstones and properly predict their damage effect on structures upon impact., Les impacts de grêlons peuvent induire de sérieux dégâts sur les aéronefs allant jusqu'à menacer l'intégrité même de la structure. Afin de concevoir des structures résistantes à ces impacts, il est dans un premier temps nécessaire de modéliser efficacement la réponse mécanique de la glace lorsque soumise aux conditions de chargement typiques d'un impact. Toutefois, la plupart des modèles visant à simuler les impacts de glace se basent sur des rhéologies élasto-viscoplastiques et présentent un domaine de validité restreint. En raison d'un manque de données expérimentales pour les paramètres contrôlant les mécanismes de fragmentation, ces modèles sous-estiment en particulier l'importance du comportement dynamique de la glace en traction et négligent systématiquement l'effet de la microstructure de la glace. Pourtant, il ressort de l'étude d'autres matériaux fragiles que les propriétés de fragmentation de ce type de matériau sous chargement de traction dynamique sont fortement dépendantes de la vitesse de déformation et de la microstructure. Dans un grêlon, les porosités sont des candidates sérieuses comme défauts les plus critiques pouvant initier la fragmentation. L'objet de cette étude est donc d'analyser la relation entre la porosité de la glace, les mécanismes d'endommagement et la réponse mécanique de la glace en traction dynamique.Dans ce travail, des essais d'écaillage hautement instrumentés sur des échantillons de glace polycristalline isotrope présentant différents taux de porosités, ont ainsi été menés à l'aide d'un dispositif expérimental adapté à ce matériau. Les essais d'écaillage ont permis de fournir le premier jeu de données robuste et reproductible pour la résistance en traction dynamique de la glace. À l'opposé de ce qui a pu être observé sous chargement quasi-statique, les résultats montrent une augmentation de la résistance en traction dynamique et de la densité de fissures avec la vitesse de déformation. La porosité diminue, elle, la résistance en traction dynamique de la glace. Cette influence de la porosité est justifiée en introduisant l'hypothèse que la contrainte critique pour amorcer une fissure sur une porosité est fonction de sa taille.En parallèle de ces travaux expérimentaux, nous proposons l'utilisation du modèle d'endommagement anisotrope Denoual-Forquin-Hild pour prédire le comportement dynamique de la glace en traction. La densité de défauts critiques, paramètre d'entrée de ce modèle, est déterminée par deux approches. La première consiste à appliquer le modèle de Weibull, qui utilise une distribution statistique suivant une loi puissance, pour caractériser la dispersion des contraintes à rupture d'essais de flexion. La seconde est basée sur l'utilisation des distributions réelles de tailles des porosités mesurées par micro-tomographie aux rayons X. La mécanique linéaire de la rupture est utilisée comme critère de rupture pour convertir la taille des porosités en contrainte d'activation. Les solutions du modèle avec ces deux approches sont détaillées et comparées avec les résultats expérimentaux. Les essais d'écaillage sont également reproduits par simulations numériques avec le modèle Denoual-Forquin-Hild. Nous observons que l'estimation d'une densité de défauts critiques basée sur la distribution de taille réelle des porosités permettrait une prédiction plus précise pour un plus large intervalle de vitesse de déformation que l'utilisation d'une distribution statistique basée sur le modèle de Weibull. Les résultats des simulations numériques sont en très bon accord avec les observations expérimentales, validant ainsi le rôle prépondérant des porosités dans l'amorçage de la fragmentation dans la glace poreuse. Ces résultats mettent en évidence l'importance de considérer la microstructure (et en particulier la porosité) ainsi que les spécificités de la résistance en traction dynamique comme des ingrédients essentiels de la modélisation de l'impact de grêle sur les structures.
- Published
- 2020
28. Experimental study and modelling of the mechanical response of polycrystalline ice under dynamic tensile loading : effect of the porosity
- Author
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Georges, David, Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Université Grenoble Alpes [2020-....], Maurine Montagnat Rentier, and Pascal Forquin
- Subjects
Fragmentation ,[PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph] ,Glace polycristalline ,Traction dynamique ,Polycrystalline ice ,Dynamic tension ,Microstructure ,Porosity ,Porosité - Abstract
Hailstone impacts are a serious threat for the aeronautic field and can cause significant damages to a structure. Developing an accurate modelling of the mechanical response of ice when subjected to an impact is required to design robust structures protecting against ice impacts. Nevertheless, most of the constitutive models describing the behavior of ice under impact loadings are based on elasto-viscoplastic approaches with a scope limited to specific impact conditions. These models usually underestimate the role played by the ice dynamic tensile behavior, while the fragmentation properties of brittle-like materials have been shown to be strongly strain-rate and microstructure dependent. Moreover, the microstructure effect is systematically neglected in these models. These approximations are mostly due to a lack of knowledge about the parameters controlling the fragmentation mechanisms induced in ice. In a hailstone, the presence of pores in the microstructure is one of the most critical defect succeptible to initiate the fragmentation. Thus, this study aims to investigate the link between the ice porosity, induce damage mecanisms and the ice mechanical response to dynamic tensile loadings.To do so, highly instrumented spalling tests were conducted on isotropic polycrystalline ice samples with different levels of porosity. The spalling tests allowed to provide the first robust and reproducible set of data for the dynamic tensile strength of ice. Tensile strength and crack density are shown to increase with strain-rate unlike the results observed in the literature for quasi-static loadings. A tensile strength decreases with increasing porosity is also observed. We assumed that the critical stress level needed to trigger a crack from a porosity is a function of the porosity size in order to take into account this porosity effect.In parallel with the experimental tests, the Denoual-Forquin-Hild anisotropic damage model was used to predict the dynamic tensile behavior of ice. The density of critical defects (an input parameter) is determined from two different approaches. In the first one, the distribution of critical defects is considered to be a power law of the applied tensile stress, by applying the so-called Weibull model on bending test results. The second approach is based on extracting from micro-computed X-rays analysis the true porosity size distributions of ice samples. The theory of the linear elastic fracture mechanics is used as a failure criterion to convert the porosity size into a critical stress of activation. The solutions of both approaches are detailed and compared with the experimental results. Numerical simulations of spalling tests are also conducted using the Denoual-Forquin-Hild model. We observe a more precise prediction on a larger strain-rate interval when the critical defect density considered is based on the true pore size distribution extracted from tomography rather than the statistical distribution provided by the Weibull model. The results of the numerical simulations are in excellent agreement with the experimental observations, thus corroborating the main effect of the pore populations on the fragmentation initiation in porous ice. These results highlight the need to consider both the ice microstructure (and especially the porosity) and its dynamic tensile behavior as essential factors to model the behavior of hailstones and properly predict their damage effect on structures upon impact.; Les impacts de grêlons peuvent induire de sérieux dégâts sur les aéronefs allant jusqu'à menacer l'intégrité même de la structure. Afin de concevoir des structures résistantes à ces impacts, il est dans un premier temps nécessaire de modéliser efficacement la réponse mécanique de la glace lorsque soumise aux conditions de chargement typiques d'un impact. Toutefois, la plupart des modèles visant à simuler les impacts de glace se basent sur des rhéologies élasto-viscoplastiques et présentent un domaine de validité restreint. En raison d'un manque de données expérimentales pour les paramètres contrôlant les mécanismes de fragmentation, ces modèles sous-estiment en particulier l'importance du comportement dynamique de la glace en traction et négligent systématiquement l'effet de la microstructure de la glace. Pourtant, il ressort de l'étude d'autres matériaux fragiles que les propriétés de fragmentation de ce type de matériau sous chargement de traction dynamique sont fortement dépendantes de la vitesse de déformation et de la microstructure. Dans un grêlon, les porosités sont des candidates sérieuses comme défauts les plus critiques pouvant initier la fragmentation. L'objet de cette étude est donc d'analyser la relation entre la porosité de la glace, les mécanismes d'endommagement et la réponse mécanique de la glace en traction dynamique.Dans ce travail, des essais d'écaillage hautement instrumentés sur des échantillons de glace polycristalline isotrope présentant différents taux de porosités, ont ainsi été menés à l'aide d'un dispositif expérimental adapté à ce matériau. Les essais d'écaillage ont permis de fournir le premier jeu de données robuste et reproductible pour la résistance en traction dynamique de la glace. À l'opposé de ce qui a pu être observé sous chargement quasi-statique, les résultats montrent une augmentation de la résistance en traction dynamique et de la densité de fissures avec la vitesse de déformation. La porosité diminue, elle, la résistance en traction dynamique de la glace. Cette influence de la porosité est justifiée en introduisant l'hypothèse que la contrainte critique pour amorcer une fissure sur une porosité est fonction de sa taille.En parallèle de ces travaux expérimentaux, nous proposons l'utilisation du modèle d'endommagement anisotrope Denoual-Forquin-Hild pour prédire le comportement dynamique de la glace en traction. La densité de défauts critiques, paramètre d'entrée de ce modèle, est déterminée par deux approches. La première consiste à appliquer le modèle de Weibull, qui utilise une distribution statistique suivant une loi puissance, pour caractériser la dispersion des contraintes à rupture d'essais de flexion. La seconde est basée sur l'utilisation des distributions réelles de tailles des porosités mesurées par micro-tomographie aux rayons X. La mécanique linéaire de la rupture est utilisée comme critère de rupture pour convertir la taille des porosités en contrainte d'activation. Les solutions du modèle avec ces deux approches sont détaillées et comparées avec les résultats expérimentaux. Les essais d'écaillage sont également reproduits par simulations numériques avec le modèle Denoual-Forquin-Hild. Nous observons que l'estimation d'une densité de défauts critiques basée sur la distribution de taille réelle des porosités permettrait une prédiction plus précise pour un plus large intervalle de vitesse de déformation que l'utilisation d'une distribution statistique basée sur le modèle de Weibull. Les résultats des simulations numériques sont en très bon accord avec les observations expérimentales, validant ainsi le rôle prépondérant des porosités dans l'amorçage de la fragmentation dans la glace poreuse. Ces résultats mettent en évidence l'importance de considérer la microstructure (et en particulier la porosité) ainsi que les spécificités de la résistance en traction dynamique comme des ingrédients essentiels de la modélisation de l'impact de grêle sur les structures.
- Published
- 2020
29. Integration of uncertainties of design parameters in mechanical models of a fuel cell
- Author
-
Ouaidat, Ghinwa, Institut Charles Delaunay (ICD), Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Technologie de Troyes, Abel Cherouat, and Raed Kouta
- Subjects
Finite element method ,Multiphysique ,Experimental Design ,Méthode des ,Multiphysics ,Mathematical optimization ,Éléments finis ,Uncertainty ,Plan d'expérience ,[SPI.MECA.MSMECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph] ,Porosité ,[INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation ,Optimisation mathématique ,Incertitude ,PEMFC ,Porosity - Abstract
Energy management has become a major issue in the socio-economic context and the optimization of electric energy production systems by fuel cell has contributed to the development of new reliable and robust techniques. As the PEMFC fuel cell is a complex multiphysics system whose reliability and durability remains important phenomena to be performed experimentally, theoretically and numerical in order to optimize the fuel cell. The general aims of this thesis is to contribute in the development of numerical tools to analyze the electrical performance, to predict the degradation and lifetime of fuel cell performance and to control the reliability of the components. To understand the effect of the mechanical phenomena on fuel cell reliability, a mechanical-probabilistic model taking into consideration the uncertainties of design parameters is developed by two complementary approaches. Firstly, a 2D FEA associated with a Design of Experiments is allowed to deterministic modelling by integration of uncertainties mechanical parameters: porosity of the GDL, thickness of the GDL and bending radius of the bipolar plate. Secondly, a multi-physics 3D model is proposed to predict the thermo-electric interactions between the components on the distribution of mechanical contact pressure. The integration of uncertainties mechanical parameters is realized by a physico-probabilistic approach of the stochastic finite element method (SFEM).; Dans le contexte actuel de maitrise des énergies, l’optimisation du système pile à combustible PAC est un enjeu majeur. Comme la pile à combustibles PEMFC est un système complexe dont la durabilité reste un phénomène important à explorer, les modélisations théoriques et numériques sont devenues indispensables pour l’étude des performances des PEMFC. L’objectif général de cette thèse est de participer au développement d’outils numériques permettant de comprendre et d’anticiper les dégradations des performances de la pile et de maitriser la fiabilité des composants. Pour appréhender l’effet des phénomènes mécaniques sur la performance de la pile, des modèles mécano-probabiliste prenant en compte les incertitudes des paramètres de conception (porosité de la GDL, épaisseur de la GDL et rayon de courbure de la plaque bipolaire) ont été développées. Deux approches de modélisation ont été mise en œuvre. Un modèle éléments finis 2D associé à un plan d’expériences a permis la mise en place d’un modèle déterministe pour l’intégration et l’analyse des incertitudes. Une modélisation 3D multi physique a été développée pour tenir compte des interactions thermoélectriques sur les répartitions des pressions mécaniques de contact. Les paramètres de conception sont pris en compte dans une démarche physico-probabiliste de type stochastic finite element method (SFEM).
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- 2020
30. Characterization of liquefaction parameters for saturated soil under dynamic loading using laboratory tests and calibration of constitutive laws by numerical modelling
- Author
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Gobbi, Stefania, Sols, Roches et Ouvrages Géotechniques (GERS-SRO), Université Gustave Eiffel, Université Paris-Est, Philippe Reiffsteck, and STAR, ABES
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TENEUR EN FINES ,POROSITE ,INDICE DES VIDES INTERGRANULAIRES EQUIVALENT ,CALIBRATION NUMERIQUE ,EQUIVALENT INTERGRANULAR VOID RATIO ,FUSION ,SABLE SILTEUX ,THESE ,LIMON ,SABLE ,LIQUEFACTION ,SOL ,MODELE NUMERIQUE ,SISMIQUE ,NUMERICAL CALIBRATION ,FINE CONTENT ,LIQUEFACTION DU SOL ,MASSIF DE SOL ,REPONSE DU SITE ,PREVENTION ,SILTY SAND ,GENIE PARASISMIQUE ,SOIL LIQUEFACTION ,[SPI.GCIV]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering ,SITE RESPONSE ,[SPI.GCIV] Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering ,INDICE DES VIDES - Abstract
Liquefaction is one of the most devastating instabilities in saturated granular materials and is the major cause of damage to the ground and earth structures during earthquakes. Field observations of liquefactioncase histories triggered by strong earthquakes evidence the development of large deformations and strength loss due to the pore water pressure build-up for a broad range of saturated soils. Earlier experimental attempts to study the liquefaction phenomenon of soils date back to the 1960's, nevertheless, soil liquefaction is still one of the most difficult phenomenon to assess, as it is strongly acted by different factors, such as relative density, confining pressure, fine content, overconsolidation, stress or strain amplitude and loading path. Hence, predicting the occurrence of liquefaction of soils is a critical aspect of geotechnical earthquake engineering practice. The goal of this research is to identify factors affecting liquefaction resistance of silty-sands and investigate their influence on liquefaction susceptibility. To this purpose, in the first part of the work, the behavior of loose, medium and dense silty-sands is analyzed through experimental tests, including monotonic and cyclic consolidated undrained triaxial tests, as well as resonant column tests, using different fine contents and confining pressures. The results show that the behavior of mixtures strongly depends on the packing configuration of coarse and fine particles. The experimental results are analyzed in terms of equivalent intergranular void ratio, which is identifed in the literature as an adequate state parameter to characterize the global effect of fine particles. However, the estimation of the equivalent intergranular void ratio requires the determination of the active fine fraction b participating in the force transfer. An original formula is proposed for the b parameter based on packing configuration, thereby allowing a satisfactory prediction of liquefaction triggering in sand-nes mixtures independently from the fine content. In the second part, the set of laboratory test results are used to calibrate the 3D Iwan-Iai constitutive model for saturated sands, whose main advantage is its small number of geotechnical parameters commonly measured. A parametric study is performed to investigate the effects of the aforementioned factors known to affect liquefaction susceptibility and resistance of silty-sands. The correlation of liquefaction parameters with the relative density, fine content and confining pressure is proposed.In the last part of this work, the model parameters obtained by numerical calibration are used in a nite element model, simulating the vertical wave propagation in layered soil profiles, in order to investigate the influence of liquefaction parameters on the seismic response. Then, a dataset of 300 one-dimensional soil proles are generated through a Monte Carlo method to investigate the reliability and the limit of using the average shear wave velocity in the upper 30 m of the soil profile, as single proxy, to characterize seismic site effects for weak and strong events. Correlations between site-specific amplification factors deduced using the numerical response spectra and other proposed site proxies are analyzed for period ranges and compared to those proposed by dirent international and national design codes. The results, obtained under assumption of linear and nonlinear behavior of soil, emphasize the need to introduce complementary site parameters proxies to characterize the expected site effects in design response spectra., Le phénomène de liquéfaction est l'une des instabilités les plus dévastatrices des massif sableux saturés et constitue la principale cause de dégâts au sol et aux structures lors des tremblements de terre. Les observations sur le terrain des cas historiques de rupture par liquéfaction déclenchés par de forts tremblements de terre montrent le développement de grandes déformations et la perte de résistance due à l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle pour une large gamme de sols saturés. Les premières travaux qui ont permis de mettre en évidence le phénomène de liquéfaction au laboratoire remontentaux années 1960, mais la liquéfaction des sols reste néanmoins l'un des phénomènes les plus diffciles à évaluer, car elle est fortement influencée par différents facteurs, tels que la densité relative, la pression de confinement, la teneur en fines, l'amplitude des contraintes ou des déformations et le chemin de chargement. Par conséquent, la prévision de l'occurrence de la liquéfaction des sols est un aspect essentiel de l'ingénierie géotechnique parasismique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs affectant la résistance à la liquéfaction des sables silteux et d'étudier leur influence sur la susceptibilité à la liquéfaction. À cette fin, dans la première partie du travail, le comportement des sables limoneux lâches, moyens et denses est analysé par des essais au laboratoire, qui comprennent des essais triaxiaux non drainésmonotones et cycliques, ainsi que des essais à la colonne résonante, en utilisant différents teneur en fines et pressions de confinement. Les résultats montrent que le comportement des mélanges dépend fortement des caractéristiques des particules grossières et fines. Les résultats expérimentaux sont analysés en termes d'indice des vides intergranulaire équivalent, qui est identifié dans la littérature comme un paramètre d'état adéquat pour caractériser l'effet global des particules fines. Cependant, l'estimation de l'indice des vides intergranulaire équivalent nécessite la détermination de la fraction fine active b participant au transfert de force. Une formule originale est proposée pour le paramètre b, basée sur l'arrangement des particules, permettant ainsi une prédiction satisfaisante du déclenchement de la liquéfaction dans les mélangessable-fines indépendamment de la teneur en fines. Dans la deuxième partie, l'ensemble des résultats des essais de laboratoire est utilisé pour calibrer le modèle constitutif 3D d'Iwan-Iai pour les sablessaturés, dont le principal avantage est le nombre limité de paramètres géotechniques couramment mesurés. Une étude paramétrique est réalisée pour étudier les effets des différents facteurs sur la résistance à la liquéfaction des sables limoneux. La corrélation des paramètres de liquéfaction avec la densité relative, la teneur en fines et la pression de confinement est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, les paramètres du modèle obtenus par calibration numérique sont utilisés dans un modèle éléments finis simulant la propagation verticale des ondes dans des profils de sol stratifiés afin d'étudier l'influence de ces paramètres dans la réponse sismique. Ensuite, une base de données de 300 profils de sol est générée par la méthode de Monte Carlo afin d'étudier la fiabilité et la limite de l'utilisation de la vitesse moyennedes ondes de cisaillement dans les 30 m supérieurs du profil de sol, en tant que paramètre unique, pour caractériser les effets de site. Des corrélations entre les facteurs d'amplification et les paramètres de site sont analysées pour différentes gammes de périodes et comparées à celles proposées par différents codes de conception internationaux et nationaux. Les résultats, obtenus dans l'hypothèse de comportement linéaire et non linéaire du sol, soulignent la nécessité d'introduire des paramètres de site complémentaires pour mieux caractériser les effets de site dans les spectres de réponse de conception.
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- 2020
31. Problématique de mise en œuvre des composites biosourcés incorporant des fibres végétales
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Levée, Antoine, Rougier, Valentin, Bréard, Joël, Gomina, Moussa, Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CRISMAT), École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (LOMC), Université Le Havre Normandie (ULH), and Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
[SPI]Engineering Sciences [physics] ,[CHIM]Chemical Sciences ,Santé matière ,Fibres de lin ,Infusion ,Porosité - Abstract
International audience; À ce jour, les procédés d’élaboration des matériaux composites biosourcés à renfort de fibres végétales sont presque exclusivement ceux développés pour les fibres synthétiques. Il s’ensuit que la santé matière de ces matériaux n’est pas maîtrisée et par conséquent leurs propriétés et leur durabilité ne sont pas optimales [1]. Pour porter les performances des composites biosourcés aux niveaux requis dans les applications structurales, les spécificités morphologiques, structurales, mécaniques et thermiques des fibres végétales [2] doivent être prises en compte lors de l’élaboration des matériaux, de façon à préserver l’intégrité du renfort, promouvoir une bonne adhésion fibre/matrice et une bonne santé matière des matrices polymères. Ces spécificités influencent également les couplages entre les paramètres multi-physiques qui gouvernent les processus de mise en forme, d’imprégnation et de consolidation. C’est ainsi que la forte sensibilité de ces fibres à l’hygrométrie pourra jouer sur la perméabilité des préformes fibreuses via la morphologie et la topologie de l’espace poral. Des travaux en cours, sur la compaction des milieux fibreux, prennent en compte ces effets sur la mise en forme des composites. En cherchant à fabriquer des plaques composites par un procédé d’infusion, par l’association d’un quasi-UD de fibres de lin et une résine époxy, de nombreuses petites bulles sont apparues pendant l’étape de réticulation, et elles semblent migrer de l’intérieur vers les surfaces des plaques. Ces observations présentent une analogie avec la création de diverses typologies de bulles générées lors de l’imprégnation de préformes UD de fibres synthétiques par le procédé RTM (Resin Transfer Molding) opéré à pression imposée ou à débit contrôlé [3, 4, 5]. La compétition entre les forces visqueuses et celles capillaires au cours de l’écoulement avait été invoquée pour expliquer la formation de ces bulles. Ainsi donc, la formation des bulles serait liée à la dynamique du front de résine. Pour vérifier cette hypothèse, les paramètres d’infusion ont été variés afin d’évaluer leurs influences sur la cinétique de formation des bulles et leur morphologie. En particulier, nous focalisons sur le contrôle de la vitesse d’écoulement Vr afin de minimiser le taux de vides dans ces biocomposites. Différentes nuances de ce composite ont été fabriquées en adoptant des valeurs Vr choisies autour de la valeur optimale.Les plaques ainsi fabriquées ont été caractérisées par des observations MEB et des analyses ultrasonores C-Scan afin d’analyser la teneur et les distributions spatiale et en taille des pores. Ces résultats sont corrélés à ceux issus des essais mécaniques afin d’évaluer les abattements induits par la présence des pores générés par un choix de paramètres de mise en œuvre non optimisé.
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- 2020
32. L’usage des TIC mobiles et la reconfiguration du champ spatio-temporel chez les cadres marocains - cas des cadres de la ville d'Agadir
- Author
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MAZEGH, Mohamed Ali, Université Ibn Zohr [Agadir], Université Ibn Zohr, Agadir, Faculté des Lettres et des Sciences Humaines, Pr. Abderrahmane AMSIDDER, and Mazegh, Mohamed Ali
- Subjects
spheres of sociability ,[SHS.INFO]Humanities and Social Sciences/Library and information sciences ,Information and Communication Technologies ,usage ,[SHS.INFO] Humanities and Social Sciences/Library and information sciences ,porosité ,sphères de sociabilité ,Technologies de l’information et de la communication ,[SHS.GESTION]Humanities and Social Sciences/Business administration ,Use ,[SHS.GESTION] Humanities and Social Sciences/Business administration ,cadres ,Porosity ,Executives - Abstract
Information and communication technologies (ICT), the use of which has experienced a sparkling rise since the last decade of the 20th century, have become central organizers of action (Denouël & Granjon, 2011). They have entered into resonance with the spheres of sociability, de facto opening the way to unprecedented reconfigurations both at the individual and collective level. Our research attempts to question the interaction of personal and professional life spheres among executives in the city of Agadir regarding the use of ICT. The objective is to grasp the nature, extent and manifestations of reconfiguration of the space-time field in the latter. We approach this subject in the light of the concepts of use and porosity of social times by relying on a comprehensive approach with an interpretative aim. Firmly grounded in the constructivist paradigm, our work embraces the premise of the active user, relatively autonomous and free in his choices and modes of appropriation of socio-technical devices., Les technologies de l’information et de la communication (TIC), dont l’usage a connu une ascension fulgurante à partir de la dernière décennie du XXème siècle, sont devenues des organisateurs centraux de l’action (Denouël & Granjon, 2011). Elles sont entrées en résonance avec les sphères de sociabilité ouvrant de facto la voie à des reconfigurations inédites aussi bien au niveau individuel que collectif. Notre recherche tente de questionner l’interaction des sphères de vie personnelle et professionnelle chez les cadres de la ville d’Agadir à l’aune de l’usage des TIC mobiles. Son objectif est de saisir la nature, les manifestations et l’ampleur de la reconfiguration du champ spatio-temporel chez ces derniers. Nous abordons ce sujet à la lumière des concepts d’usage et de porosité des temps sociaux en nous appuyant sur une approche compréhensive à visée interprétative. Résolument ancré dans le paradigme constructiviste, notre travail embrasse le postulat de l’usager actif, relativement autonome et libre dans ses choix et ses modes d’appropriation des dispositifs sociotechniques.
- Published
- 2020
33. L’usage des TIC mobiles et la reconfiguration du champ spatio-temporel chez les cadres marocains - cas des cadres de la ville d'Agadir
- Author
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MAZEGH, Mohamed Ali, Université Ibn Zohr [Agadir], Université Ibn Zohr, Agadir, Faculté des Lettres et des Sciences Humaines, and Pr. Abderrahmane AMSIDDER
- Subjects
porosité ,sphères de sociabilité ,Technologies de l’information et de la communication ,spheres of sociability ,[SHS.INFO]Humanities and Social Sciences/Library and information sciences ,[SHS.GESTION]Humanities and Social Sciences/Business administration ,Use ,Information and Communication Technologies ,usage ,cadres ,Porosity ,Executives - Abstract
Information and communication technologies (ICT), the use of which has experienced a sparkling rise since the last decade of the 20th century, have become central organizers of action (Denouël & Granjon, 2011). They have entered into resonance with the spheres of sociability, de facto opening the way to unprecedented reconfigurations both at the individual and collective level. Our research attempts to question the interaction of personal and professional life spheres among executives in the city of Agadir regarding the use of ICT. The objective is to grasp the nature, extent and manifestations of reconfiguration of the space-time field in the latter. We approach this subject in the light of the concepts of use and porosity of social times by relying on a comprehensive approach with an interpretative aim. Firmly grounded in the constructivist paradigm, our work embraces the premise of the active user, relatively autonomous and free in his choices and modes of appropriation of socio-technical devices.; Les technologies de l’information et de la communication (TIC), dont l’usage a connu une ascension fulgurante à partir de la dernière décennie du XXème siècle, sont devenues des organisateurs centraux de l’action (Denouël & Granjon, 2011). Elles sont entrées en résonance avec les sphères de sociabilité ouvrant de facto la voie à des reconfigurations inédites aussi bien au niveau individuel que collectif. Notre recherche tente de questionner l’interaction des sphères de vie personnelle et professionnelle chez les cadres de la ville d’Agadir à l’aune de l’usage des TIC mobiles. Son objectif est de saisir la nature, les manifestations et l’ampleur de la reconfiguration du champ spatio-temporel chez ces derniers. Nous abordons ce sujet à la lumière des concepts d’usage et de porosité des temps sociaux en nous appuyant sur une approche compréhensive à visée interprétative. Résolument ancré dans le paradigme constructiviste, notre travail embrasse le postulat de l’usager actif, relativement autonome et libre dans ses choix et ses modes d’appropriation des dispositifs sociotechniques.
- Published
- 2020
34. The genus Ammonia (Foraminifera) in the ecosystems of the Atlantic coasts
- Author
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Richirt, Julien, Laboratoire de Planétologie et Géodynamique [UMR 6112] (LPG), Université d'Angers (UA)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bio-Indicateurs Actuels et Fossiles (BIAF), Université d'Angers (UA), Université d'Angers, Franciscus Jorissen, and STAR, ABES
- Subjects
Biogeography ,Anoxia ,Ammonia ,Espace ,Phylotype ,[SDU.STU] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences ,[SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences ,(pseudo-)cryptic diversity ,Diversité (pseudo-)cryptique ,Porosity ,Porosité ,Sciences de la terre et de l'univers - Abstract
The overall aim of this PhD thesis is to investigate the three phylotypes Ammonia sp. T1, T2 and T6 in mid-latitude Eastern Atlantic coastal areas. Previously, as they were impossible to distinguish without molecular analyses, these phylotypes were often merged together and identified as the cosmopolitan foraminiferal morphospecies Ammonia tepida. Here we show with a morphometric study that it is possible to discriminate the three phylotypes based on two morphological features: the pore size and the suture elevation on the spiral side. Using this new method, we study their large scale biogeography around the British Isles and highlight a coherent distribution pattern, which suggests that T6 is currently spreading out over large areas and supplanting phylotypes T1 and T2. In the artificially enclosed Lake Grevelingen (the Netherlands), we investigate their seasonal response to euxinia and their historical succession over the last 50 years. Our results show that T6 arrived in the lake only in the mid 1980s and progressively replaced T1 and T2, possibly thanks to its higher tolerance to low oxygen concentrations. Using a theoretical approach, we finally propose that the pore pattern of the test reflects differences in tolerance for low oxygen conditions, which possibly explain the spreading success of T6 in Europe, and highlight its potential use as a proxy for the reconstruction of past oxygen concentrations in coastal areas. Our results strongly suggest that the three phylotypes show different tolerance levels for low oxygen concentrations, and support the putative exotic and invasive nature of the phylotype T6, supposedly originating from East Asia., L’objectif principal de cette thèse est l’étude de trois phylotypes, Ammonia sp. T1, T2 et T6, sur les littoraux de l’Atlantique nord-est. Ces phylotypes étaient auparavant impossibles à distinguer sans l’utilisation d’outils moléculaires et souvent identifiés comme la morpho-espèce de foraminifère cosmopolite Ammonia tepida. Nous montrons ici à l’aide d’une analyse morphométrique qu’il est maintenant possible de différencier ces trois phylotypes en se basant sur deux critères morphologiques : la taille des pores et l’élévation des sutures sur la face spirale. En utilisant cette nouvelle méthode, nous examinons leur distribution autour des Îles Britanniques et nos résultats suggèrent que le phylotype T6 étend son aire de répartition et remplace les phylotypes T1 et T2. Au lac de Grevelingen (Pays-Bas), fortement artificialisé, nous étudions leur réponse à une euxinie saisonnière ainsi que leur succession sur un enregistrement sédimentaire couvrant les 50 dernières années. Nos résultats montrent que T6 est arrivé dans le lac au milieu des années 1980 et a progressivement remplacé T1 et T2 jusqu’à aujourd’hui, potentiellement grâce à une meilleure tolérance à de faibles concentrations d’oxygène. Finalement, à l’aide de relations allométriques, nous proposons que le motif des pores du test reflète une différence de tolérance aux concentrations en oxygène, expliquant le succès invasif de T6 en Europe et insistant sur son utilisation potentielle pour la reconstruction des concentrations passées d’oxygène dans les zones côtières. Les résultats obtenus indiquent que les trois phylotypes semblent montrer des différences de tolérance aux concentrations en oxygène et appuient l’hypothèse de la nature exotique et invasive du phylotype T6, supposé originaire d’Asie de l’est.
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- 2020
35. コールドスプレー法により製造した耐腐食コーティング:成膜条件の最適化とミクロ組織およびコーティング特性との関係
- Author
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Lapushkina, Elizaveta, Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Tohoku gakuin university (Sendai, Japon), Bernard Normand, Kazuhiro Ogawa, and 小川和洋
- Subjects
Electrochemical Characterization ,Corrosion protection ,Effect of pressure ,Matériaux ,Corrosion resistance ,Material behaviour ,Résistance à la corrosion ,Revêtement composite ,Rugosité de surface ,Porosité ,Composite coating ,Protection contre la corrosion ,Caractérisation électrochimique ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,Surface roughness ,Galvanic Corrosion ,Laser treatment ,Revêtement anticorrosion ,Traitement laser ,Temperature effect ,Influence de la pression ,Corrosion protective coating ,Pulvérisation à froid ,Microstructure ,Effet de la température - Abstract
要約のみ, 課程
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- 2020
36. Étude des Filtres Plantés de Roseaux par Tomographie à Rayons X
- Author
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Martinez Carvajal, German Dario, Réduire, valoriser, réutiliser les ressources des eaux résiduaires (UR REVERSAAL), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université Claude Bernard Lyon 1, MOLLE Pascal, and OXARANGO Laurent
- Subjects
séchage ,fouling ,porosity ,Clogging ,constructed wetland ,[SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering ,[SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph] ,échelle du pore ,spatial representativity ,pore scale ,colmatage ,encrassement ,marais artificiel ,porosité ,période de repos ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,drying ,rest period ,représentativité spatiale - Abstract
Fouling and clogging are major concerns regarding Treatment Wetland (TW) operation and performances. Several techniques are currently used to assess these phenomena indirectly based on their relation with physical, chemical and biological parameters of TW (e.g. hydraulic conductivity, fouling material composition, and enzymatic activity respectively). Few of them focus on the geometrical structure of porous media, which is essential to understand the mechanisms governing solid filtration. This work presents the use of X-ray Computed Tomography (CT) as an imaging methodology to study French Vertical Flow Treatment Wetlands (VFTW). It is a non-destructive technique that produces 3D images of an object showing its inner structure at high resolution. Images from samples of French VFTW show the presence of three phases: voids, fouling material, and granular media (gravel). A methodology to extract, and scan the samplesand segment the phases in the images is developed in this work. The use of state-of-the-art image processing algorithms to measure pore scale properties is demonstrated. The spatial representativity of pore scale measurements is assessed: (i) a 2D-Representative Elementary Volume (REV) of the volume fraction of the phases was determined. The assessment suggests that the sample diameter should be larger than 1.5 cm. To avoid significant shear stress during the sample extraction, the minimum recommended diameter is however 5 cm, (ii) pore scale properties were compared between samples extracted from different locations of a large region of a mature French VFTW, which was found to have homogeneous electrical conductivity by using a Frequency Domain Electromagnetic Method. Several similarities among the samples at the pore scale are highlighted. Finally X-ray CT was used to study the structural changes of porous media in French VFTW during the rest period and their influence on the fouling and clogging processes. Despite a limited evaporation rate (2 mm/d), a significant reduction of the deposit layer thickness that is formed above the filter has been observed (with values dropping by 12% to 34% of the initial values). Changes within the gravel filter were also noticed and account for the importance of the rest period to maintain a connected macropore network and to allow air to enter the microporosity of the fouling material in French VFTW.; L'encrassement et le colmatage font partie des principales difficultés rencontrées dans l’exploitation des Filtres Plantés de Roseaux (FPR) et sont même susceptibles d’en affecter les performances. Différentes techniques ont été mises au point pour en mesurer indirectement l’effet que ce soit au travers de grandeurs physiques (e.g. la réduction de la conductivité hydraulique), chimiques (e.g. la composition des matières encrassantes) ou biologiques (e.g. activité enzymatique) dans les filtres plantés de roseaux. Cependant, peu d’approches s’intéressent à la structure géométrique de l’espace poreux qui, de fait, contrôle les mécanismes de filtration des matières en suspension. Cette thèse introduit l’usage de la tomographie à rayons X comme technique d’imagerie pour l’étude des FPR. Cette technique est non-destructive et produit des images de la structure interne des filtres en 3 dimensions à une très grande résolution. Desimages obtenues à partir d’échantillons prélevés sur des FPR ont permis de mettre en évidence la présence de trois phases: les vides, la matière encrassante et les graviers. Une méthodologie permettant d’extraire et de scanner les échantillons et de segmenter l’image afin d’en identifier les phases constituantes a été mis en place. Des méthodes de pointe en traitement d’image ont été utilisées pour estimer des propriétés à l’échelle du pore. La représentativité spatiale des images a été étudiée : (i) une étude du volume élémentaire représentatif pour la fraction volumique des phases préconise un diamètre minimal d’échantillon de 1.5 cm. Pour éviter la déformation des échantillons pendant leur extraction un diamètre minimal de 5 cm reste nécessaire, (ii) les propriétés à l’échelle du pore ont été comparées entre des échantillons extraits à différents emplacements dans une zone d’un FPR dans laquelle la distribution spatiale de laconductivité électrique a été trouvée homogène grâce à l’emploi d’un conductimètre électromagnétique. Les mesures à l’échelle du pore ont montré de fortes similarités. Enfin, la tomographie à rayons X a été utilisée pour suivre temporellement les modifications de la structure de la matrice poreuse d’échantillons issus d’un FPR au cours d’une expérience de séchage représentative d’une période de repos afin d’évaluer l’impact de cette dernière sur les phénomènes de colmatage et d’encrassement. Bien que le gradient d’évaporation mesuré ait été faible (2 mm/j), une réduction importante de l’épaisseur de la couche de dépôt a été observée (avec des chutes allant de 12 à 34% de la hauteur initiale). Des effets au sein du gravier ont également été remarqués et soulignent le rôle essentiel de la période de repos dans le maintien d’une macroporosité et la possibilité pour l’air de pénétrer dans la microporosité de la matière encrassante dans les FPR.
- Published
- 2020
37. Study of vertical flow treatment wetlands by X-ray tomography
- Author
-
Martinez Carvajal, German Dario, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Université de Lyon, Pascal Molle, Laurent Oxarango, and STAR, ABES
- Subjects
Clogging ,[SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering ,[SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph] ,Rest period ,Fouling ,Période de repos ,Porosité ,Séchage ,Constructed wetland ,Échelle du pore ,Spatial representativity ,Pore scale ,Encrassement ,Marais artificiel ,Représentativité spatiale ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,Colmatage ,[SDV.SA.SDS] Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,Porosity ,Drying - Abstract
Fouling and clogging are major concerns regarding Treatment Wetland (TW) operation and performances. Several techniques are currently used to assess these phenomena indirectly based on their relation with physical, chemical and biological parameters of TW (e.g. hydraulic conductivity, fouling material composition, and enzymatic activity respectively). Few of them focus on the geometrical structure of porous media, which is essential to understand the mechanisms governing solid filtration. This work presents the use of X-ray Computed Tomography (CT) as an imaging methodology to study French Vertical Flow Treatment Wetlands (VFTW). It is a non-destructive technique that produces 3D images of an object showing its inner structure at high resolution. Images from samples of French VFTW show the presence of three phases: voids, fouling material, and granular media (gravel). A methodology to extract, and scan the samples and segment the phases in the images is developed in this work. The use of state-of-the-art image processing algorithms to measure pore scale properties is demonstrated. The spatial representativity of pore scale measurements is assessed: (i) a 2D-Representative Elementary Volume (REV) of the volume fraction of the phases was determined. The assessment suggests that the sample diameter should be larger than 1.5 cm. To avoid significant shear stress during the sample extraction, the minimum recommended diameter is however 5 cm, (ii) pore scale properties were compared between samples extracted from different locations of a large region of a mature French VFTW, which was found to have homogeneous electrical conductivity by using a Frequency Domain Electromagnetic Method. Several similarities among the samples at the pore scale are highlighted. Finally X-ray CT was used to study the structural changes of porous media in French VFTW during the rest period and their influence on the fouling and clogging processes. Despite a limited evaporation rate (2 mm/d), a significant reduction of the deposit layer thickness that is formed above the filter has been observed (with values dropping by 12% to 34% of the initial values). Changes within the gravel filter were also noticed and account for the importance of the rest period to maintain a connected macropore network and to allow air to enter the microporosity of the fouling material in French VFTW, L'encrassement et le colmatage font partie des principales difficultés rencontrées dans l’exploitation des Filtres Plantés de Roseaux (FPR) et sont même susceptibles d’en affecter les performances. Différentes techniques ont été mises au point pour en mesurer indirectement l’effet que ce soit au travers de grandeurs physiques (e.g. la réduction de la conductivité hydraulique), chimiques (e.g. la composition des matières encrassantes) ou biologiques (e.g. activité enzymatique) dans les filtres plantés de roseaux. Cependant, peu d’approches s’intéressent à la structure géométrique de l’espace poreux qui, de fait, contrôle les mécanismes de filtration des matières en suspension. Cette thèse introduit l’usage de la tomographie à rayons X comme technique d’imagerie pour l’étude des FPR. Cette technique est non-destructive et produit des images de la structure interne des filtres en 3 dimensions à une très grande résolution. Des images obtenues à partir d’échantillons prélevés sur des FPR ont permis de mettre en évidence la présence de trois phases: les vides, la matière encrassante et les graviers. Une méthodologie permettant d’extraire et de scanner les échantillons et de segmenter l’image afin d’en identifier les phases constituantes a été mis en place. Des méthodes de pointe en traitement d’image ont été utilisées pour estimer des propriétés à l’échelle du pore. La représentativité spatiale des images a été étudiée : (i) une étude du volume élémentaire représentatif pour la fraction volumique des phases préconise un diamètre minimal d’échantillon de 1.5 cm. Pour éviter la déformation des échantillons pendant leur extraction un diamètre minimal de 5 cm reste nécessaire, (ii) les propriétés à l’échelle du pore ont été comparées entre des échantillons extraits à différents emplacements dans une zone d’un FPR dans laquelle la distribution spatiale de la conductivité électrique a été trouvée homogène grâce à l’emploi d’un conductimètre électromagnétique. Les mesures à l’échelle du pore ont montré de fortes similarités. Enfin, la tomographie à rayons X a été utilisée pour suivre temporellement les modifications de la structure de la matrice poreuse d’échantillons issus d’un FPR au cours d’une expérience de séchage représentative d’une période de repos afin d’évaluer l’impact de cette dernière sur les phénomènes de colmatage et d’encrassement. Bien que le gradient d’évaporation mesuré ait été faible (2 mm/j), une réduction importante de l’épaisseur de la couche de dépôt a été observée (avec des chutes allant de 12 à 34% de la hauteur initiale). Des effets au sein du gravier ont également été remarqués et soulignent le rôle essentiel de la période de repos dans le maintien d’une macroporosité et la possibilité pour l’air de pénétrer dans la microporosité de la matière encrassante dans les FPR
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- 2020
38. A Vacancy Model of Pore Annihilation During Hot Isostatic Pressing of Single Crystals of Nickel-Base Superalloys
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B. Bokstein, Bernard Fedelich, Alexander Epishin, Titus Feldmann, Alphonse Finel, Bernard Viguier, Igor L. Svetlov, Dominique Poquillon, Antoine Ruffini, Y. Le Bouar, Unité Matériaux et Transformations - UMR 8207 (UMET), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Laboratoire d'étude des microstructures [Châtillon] (LEM - ONERA - CNRS), ONERA-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), DMAS, ONERA, Université Paris Saclay [Châtillon], ONERA-Université Paris-Saclay, Technische Universität Berlin (TU), National University of Science and Technology (MISIS), All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials, BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Federal Institute for Materials Research and Testing - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-ONERA, University of Toulouse, Arts et Métiers ParisTech (FRANCE), Federal Institute for Materials Research and Testing - BAM (GERMANY), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Moscow State Aviation Institute (RUSSIA), National Technological University MISiS - NUST (RUSSIA), Technische Universität Berlin - TU Berlin (GERMANY), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Lorraine (FRANCE), and Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux - LEM3 (Metz, France)
- Subjects
MONOCRISTAL ,Materials science ,POROSITE ,Matériaux ,Nickel base ,Thermodynamics ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,Physics::Geophysics ,Diffusion ,Quantitative Biology::Subcellular Processes ,Single crystals of nickel-base superalloys ,Hot isostatic pressing ,Vacancy defect ,0103 physical sciences ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,General Materials Science ,Diffusion (business) ,Génie des procédés ,Porosity ,Hot isostatic pressing (HIP) ,Dissolution ,Vacancies ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,010302 applied physics ,Quantitative Biology::Biomolecules ,Physics::Biological Physics ,Annihilation ,General Engineering ,BASE NICKEL ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Superalloy ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,0210 nano-technology - Abstract
International audience; An improved diffusion model of pore annihilation during hot isostatic pressing of single crystals of nickel-base superalloys is proposed. The model considers dissolution of pores by emission of vacancies and their diffusion sink to low-angle boundaries. The calculation, which takes into account pore size distribution, predicts the kinetics of pore annihilation similar to experimental one.
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- 2018
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39. Les textes voyageurs des périodes médiévale et moderne
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Contamina, Sandra, Trivisani-Moreau, Isabelle, Contamina, Sandra, and Sandra Contamina, Isabelle Trivisani-Moreau
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[SHS.LITT] Humanities and Social Sciences/Literature ,Moyen Âge ,porosité ,Traduction ,[SHS.HIST] Humanities and Social Sciences/History ,Période moderne ,[SHS] Humanities and Social Sciences ,textes voyageurs ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Mutations - Abstract
Les textes-voyageurs ne sont pas que récits de voyage. Tout texte – que ce soit sous forme de livre ou de manuscrits – assujetti à des mouvements de migration, de mutation ou de translation intègre une dimension voyageuse. Que l'on envisage en effet le déplacement du texte dans son versant physique, et ce sont des géographies qui se dessinent ; que l'on examine le développement du texte dans sa matière et sa construction, ce sont des logiques diachroniques ou structurelles qui tracent des trajectoires et des lignes de composition ou de fracture ; que l'on considère enfin le mouvement du texte comme un transfert d'idées dans une langue et une culture autres, et son degré d'adaptabilité définira de nouvelles limites entre variation, altération et amplification.Partant de ce principe que le texte est pérégrin à plus d'un titre, et donc d'une certaine façon cartographiable, des spécialistes des époques médiévales et modernes, littéraires et historiens, ont choisi d'en vérifier l'efficacité en éprouvant quelques-uns de leurs objets d'étude. Leurs contributions réunies dans ce volume interrogent autant le nomadisme, la porosité et la mutabilité des textes sous leurs différents aspects (en un mot, leur capacité à voyager) qu'elles explorent les tensions et les enjeux que suscite la question « Comment les voyages façonnent-ils les textes ? »
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- 2020
40. Caractérisation de paramètres mécaniques d?un sol saturé à partir d?essais de laboratoire et calibration de lois de comportement sous charge dynamique par modélisation numérique
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GOBBI, Stefania
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TENEUR EN FINES ,LIQUEFACTION ,SOL ,POROSITE ,MODELE NUMERIQUE ,SISMIQUE ,MASSIF DE SOL ,PREVENTION ,GENIE PARASISMIQUE ,FUSION ,THESE ,LIMON ,INDICE DES VIDES ,SABLE - Abstract
Le phénomène de liquéfaction est l'une des instabilités les plus dévastatrices des massif sableux saturés et constitue la principale cause de dégâts au sol et aux structures lors des tremblements de terre. Les observations sur le terrain des cas historiques de rupture par liquéfaction déclenchés par de forts tremblements de terre montrent le développement de grandes déformations et la perte de résistance due à l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle pour une large gamme de sols saturés. Les premières travaux qui ont permis de mettre en évidence le phénomène de liquéfaction au laboratoire remontent aux années 1960, mais la liquéfaction des sols reste néanmoins l'un des phénomènes les plus diffciles à évaluer, car elle est fortement influencée par différents facteurs, tels que la densité relative, la pression de confinement, la teneur en fines, l'amplitude des contraintes ou des déformations et le chemin de chargement. Par conséquent, la prévision de l'occurrence de la liquéfaction des sols est un aspect essentiel de l'ingénierie géotechnique parasismique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs affectant la résistance à la liquéfaction des sables silteux et d'étudier leur influence sur la susceptibilité à la liquéfaction. À cette fin, dans la première partie du travail, le comportement des sables limoneux lâches, moyens et denses est analysé par des essais au laboratoire, qui comprennent des essais triaxiaux non drainés monotones et cycliques, ainsi que des essais à la colonne résonante, en utilisant différents teneur en fines et pressions de confinement. Les résultats montrent que le comportement des mélanges dépend fortement des caractéristiques des particules grossières et fines. Les résultats expérimentaux sont analysés en termes d'indice des vides intergranulaire équivalent, qui est identifié dans la littérature comme un paramètre d'état adéquat pour caractériser l'effet global des particules fines. Cependant, l'estimation de l'indice des vides intergranulaire équivalent nécessite la détermination de la fraction fine active b participant au transfert de force. Une formule originale est proposée pour le paramètre b, basée sur l'arrangement des particules, permettant ainsi une prédiction satisfaisante du déclenchement de la liquéfaction dans les mélanges sable-fines indépendamment de la teneur en fines. Dans la deuxième partie, l'ensemble des résultats des essais de laboratoire est utilisé pour calibrer le modèle constitutif 3D d'Iwan-Iai pour les sables saturés, dont le principal avantage est le nombre limité de paramètres géotechniques couramment mesurés. Une étude paramétrique est réalisée pour étudier les effets des différents facteurs sur la résistance à la liquéfaction des sables limoneux. La corrélation des paramètres de liquéfaction avec la densité relative, la teneur en fines et la pression de confinement est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, les paramètres du modèle obtenus par calibration numérique sont utilisés dans un modèle éléments finis simulant la propagation verticale des ondes dans des profils de sol stratifiés afin d'étudier l'influence de ces paramètres dans la réponse sismique. Ensuite, une base de données de 300 profils de sol est générée par la méthode de Monte Carlo afin d'étudier la fiabilité et la limite de l'utilisation de la vitesse moyenne des ondes de cisaillement dans les 30 m supérieurs du profil de sol, en tant que paramètre unique, pour caractériser les effets de site. Des corrélations entre les facteurs d'amplification et les paramètres de site sont analysées pour différentes gammes de périodes et comparées à celles proposées par différents codes de conception internationaux et nationaux. Les résultats, obtenus dans l'hypothèse de comportement linéaire et non linéaire du sol, soulignent la nécessité d'introduire des paramètres de site complémentaires pour mieux caractériser les effets de site dans les spectres de réponse de conception. Liquefaction is one of the most devastating instabilities in saturated granular materials and is the major cause of damage to the ground and earth structures during earthquakes. Field observations of liquefaction case histories triggered by strong earthquakes evidence the development of large deformations and strength loss due to the pore water pressure build-up for a broad range of saturated soils. Earlier experimental attempts to study the liquefaction phenomenon of soils date back to the 1960's, nevertheless, soil liquefaction is still one of the most difficult phenomenon to assess, as it is strongly acted by different factors, such as relative density, confining pressure, fine content, overconsolidation, stress or strain amplitude and loading path. Hence, predicting the occurrence of liquefaction of soils is a critical aspect of geotechnical earthquake engineering practice. The goal of this research is to identify factors affecting liquefaction resistance of silty-sands and investigate their influence on liquefaction susceptibility. To this purpose, in the first part of the work, the behavior of loose, medium and dense silty-sands is analyzed through experimental tests, including monotonic and cyclic consolidated undrained triaxial tests, as well as resonant column tests, using different fine contents and confining pressures. The results show that the behavior of mixtures strongly depends on the packing configuration of coarse and fine particles. The experimental results are analyzed in terms of equivalent intergranular void ratio, which is identifed in the literature as an adequate state parameter to characterize the global effect of fine particles. However, the estimation of the equivalent intergranular void ratio requires the determination of the active fine fraction b participating in the force transfer. An original formula is proposed for the b parameter based on packing configuration, thereby allowing a satisfactory prediction of liquefaction triggering in sand-nes mixtures independently from the fine content. In the second part, the set of laboratory test results are used to calibrate the 3D Iwan-Iai constitutive model for saturated sands, whose main advantage is its small number of geotechnical parameters commonly measured. A parametric study is performed to investigate the effects of the aforementioned factors known to affect liquefaction susceptibility and resistance of silty-sands. The correlation of liquefaction parameters with the relative density, fine content and confining pressure is proposed. In the last part of this work, the model parameters obtained by numerical calibration are used in a nite element model, simulating the vertical wave propagation in layered soil profiles, in order to investigate the influence of liquefaction parameters on the seismic response. Then, a dataset of 300 one-dimensional soil proles are generated through a Monte Carlo method to investigate the reliability and the limit of using the average shear wave velocity in the upper 30 m of the soil profile, as single proxy, to characterize seismic site effects for weak and strong events. Correlations between site-specific amplification factors deduced using the numerical response spectra and other proposed site proxies are analyzed for period ranges and compared to those proposed by dirent international and national design codes. The results, obtained under assumption of linear and nonlinear behavior of soil, emphasize the need to introduce complementary site parameters proxies to characterize the expected site effects in design response spectra.
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- 2020
41. Les nano-mousses métalliquesstructure et élaboration
- Author
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Yannick Champion and Champion, Yannick
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[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry ,porosité ,ligament ~ 3-4) : nano-foam ,porosity ,ligament ,gabarit ,template ,de-alloying ,dissolution sélective ,Mots-clés (~ 3-4) : nano-mousse - Abstract
Nano-mousses métalliques-Structure et élaboration Cet article est issu de : Matériaux | Matériaux fonctionnels-Matériaux biosourcés par Yannick CHAMPION Résumé Les nano-mousses métalliques sont des matériaux cellulaires présentant des taux de porosité supérieurs à 50 % et des dimensions structurales nanométriqueslongueur et diamètre de ligament, taille de pores, taille de grains, épaisseur de paroisqui leur confèrent des propriétés nouvelles. Cet article présente les caractéristiques structurales des nano-mousses, exploitées pour concevoir les matériaux, pour comprendre et pour optimiser leurs propriétés. Les méthodes d'élaboration sont ensuite détaillées dont la dissolution sélective d'alliage et le dépôt métallique sur un gabarit. Les principales propriétés et perspectives d'applications sont abordées.
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- 2020
42. Fiabilité prévisionnelle de la tenue en service de composants mécaniques en présence d’amas de porosités détectés et caractérisés par contrôle non destructif ultrasonore
- Author
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Vasseur, Julien and STAR, ABES
- Subjects
Contrôle non destructif ,Ultrasons multiéléments ,Phased array ultrasonic testing ,Numerical simulation ,Non-Destructive testing ,Porosité ,[SPI.MECA.MEMA] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Mechanics of materials [physics.class-ph] ,Fmc/tfm ,Diffusion multiple ,Multiple scattering ,Simulation numérique ,Durée de vie en fatigue ,Fatigue lifetime prediction ,[SPI.MECA.SOLID] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Solid mechanics [physics.class-ph] ,[SPI.MECA.STRU] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Structural mechanics [physics.class-ph] ,Porosity - Abstract
This work aims at defining a methodology for the lifetime estimation of aluminum alloy structures (aluminum 7075-T6) according to the properties of porosity clusters contained in the sample. We chose to use advanced ultrasonic imaging techniques to detect and characterize these porosities and then to correlate the ultrasonic images obtained with fatigue measurements. In the framework of our study, the problem is simplified with a 2D study where the cluster of porosities is represented as a set of side-drilled holes (SDH) whose geometric characteristics are fully controllable, unlike those of real porosity. A special effort is made to estimate the effects of multiple scattering due to wave interactions between defects. A comparative study of the imaging model thus developed is carried out by comparing our simulations including multiple scattering with other simplified simulation results (carried out on CIVA software) but also with experimental measurements. Concerning fatigue study, a phenomenological approach is suggested to take into account multi-cracks initiation and local multi-mode behaviour generated by the cluster of defects. Therefore, crack propagation is solved by a G-Ө finite element method for prediction of the fatigue lifetime of different samples with different cases of cluster of defects. Numerical and experimental results were compared showing that the suggested methodology gives realistic lifetimes despite of complexity of the studied cases. Finally, the overall originality of this thesis consists in making a direct link between NDT results and fatigue calculation. Thus, a method for estimating the fatigue life of a specimen based on inversed ultrasonic images of defects is suggested and applied on some studied cases., Ces travaux de thèse ont pour objectif de définir une méthodologie permettant d’estimer de manière réaliste la durée de vie d’une structure en alliage d’aluminium (aluminium 7075-T6) contenant des amas porosités. Le choix technique retenu vise à détecter et caractériser ces porosités au moyen de contrôles non destructifs (CND) par ultrasons et de corréler les images ultrasonores obtenues à des mesures de fatigue. Dans le cadre de nos travaux, ce problème est ramené à une étude 2D où l’amas de porosités est représenté par un ensemble de trous-génératrices usinés, dont les caractéristiques géométriques sont totalement contrôlables, contrairement à celles de la porosité réelle. En partie ultrasonore, un effort particulier est apporté dans la prise en compte des effets de diffusion multiple existant entre les défauts lors du contrôle. Une étude comparative du modèle d’imagerie ainsi développé est menée en confrontant nos simulations à d’autres simulations d’imagerie simplifiées (effectuées sur le logiciel CIVA) mais également à des mesures expérimentales. En partie fatigue, une résolution d’un cas très complexe s’avère nécessaire, puisqu’il implique des possibilités de multi-amorçage et de couplage local de modes de sollicitation. Ce problème de la propagation de la fissure en fatigue est résolu par la méthode G-Ө. Nous montrons l’efficacité de la méthodologie employée en comparant les résultats de durée de vie qu’elle permet de prédire et ceux trouvés expérimentalement par essais de fatigue. Enfin, afin de faire le lien entre le domaine du CND et celui de la mécanique de la rupture, nous présentons une méthode permettant d’estimer la tenue en fatigue d’une éprouvette au vu de son imagerie obtenue suite à son contrôle ultrasonore. Cette démarche permet ainsi de proposer une méthodologie originale couplant le contrôle ultrasonore et la fatigue, en mettant en place un chaînage entre les deux domaines pour la fiabilisation de la prédiction de la durée de vie des structures en fatigue.
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- 2020
43. Link between microstructure and compressive strength of foamed gypsum
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Devillard, Julie, STAR, ABES, Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université de Lyon, Éric Maire, and Sylvain Meille
- Subjects
Traitement d'images ,Matériaux ,Gypse ,Material behaviour ,Image volumique ,[SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials ,Analytical model ,Porosité ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,X-Ray tomography ,Hardness ,Tomographie par rayon X ,Densification ,Endommagement ,Indentation sphérique ,Plâtre ,Dureté ,Modèle analytique ,Gypsum ,In situ tests ,Analyse numérique par éléments finis ,Plaster ,Essai in situ ,Corrélation d'images volumiques ,Digital Volume Correlation ,Spherical indentation - Abstract
This study focuses on the microstructural and mechanical characterization of foamed gypsum, the core material of lightweight gypsum boards, with a high (75%) multi-scale porosity. The objective of this work is to determine the influence of the microstructure of foamed gypsum on the hardness measured in spherical indentation and to analyze the damage mechanisms for different microstructures. Spherical indentation tests were conducted on samples showing variations in microstructural features of foamed gypsum. The results of these tests show that density has a first-order influence on hardness and that the dispersion of hardness measurements in spherical indentation can be related to heterogeneity in macroporosity. In situ indentation tests were also carried out, with X-ray tomography and digital volume correlation (DVC) analysis, in order to accurately study the damage mechanisms. Two different modes of damage were determined according to the densities considered (variable macropore fraction). The results of these tests were used to feed an analytical model, based on an energy criterion that links the indentation force to the damaged area under the indenter. This provides the prediction of the indentation force-displacement curve specific to a microstructure with a scan of the initial microstructure as the only input data. Numerical modelling was also carried out using the finite element method with consideration of the actual microstructure, at two scales. The densified areas were properly predicted by different behaviour models based on plasticity criteria., La présente étude porte sur la caractérisation microstructurale et mécanique du gypse moussé, matériau de cœur des plaques de plâtre allégées, présentant une forte porosité (75%) multi-échelle. L'objectif de ce travail est de déterminer l'influence de la microstructure du gypse moussé sur la dureté mesurée en indentation sphérique et d'analyser les mécanismes d'endommagement pour différentes microstructures. Des essais d’indentation sphérique ont été conduits sur des échantillons présentant des variations des différentes caractéristiques microstructurales du gypse moussé. Ces essais montrent que la masse a une influence du premier ordre sur la dureté et que la dispersion des mesures de dureté en indentation sphérique peut être reliée à l’hétérogénéité de la macroporosité. Des essais d'indentation in situ ont également été effectués, avec un suivi en tomographie aux rayons X et une analyse par corrélation d’images volumiques, afin d’étudier avec précision les mécanismes d'endommagement. Deux modes d'endommagement différents ont été déterminés selon les densités considérées (fraction de macropores variable). Les résultats de ces essais ont été utilisés pour alimenter un modèle analytique, basé sur un critère énergétique qui relie la force d'indentation à la zone endommagée sous l’indenteur. Cela permet de prédire la courbe force-déplacement d'indentation propre à une microstructure avec comme seule donnée d'entrée un scan de la microstructure initiale. Une modélisation numérique a également été effectuée grâce à la méthode des éléments finis avec la prise en compte de la microstructure réelle, à deux échelles. L’utilisation de différents modèles de comportement, basés sur des critères de plasticité, a permis de prévoir les régions impactées par la densification.
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- 2020
44. Woodchip (WC) in organic filters for greywater treatment
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Florent Brun, Vivien DUBOIS, Rémi Lombard-Latune, Catherine Boutin, Réduire, valoriser, réutiliser les ressources des eaux résiduaires (UR REVERSAAL), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), INRAE UR-Reversaal, Ministère de la transition écologique et solidaire, UR reversaal, and Inrae
- Subjects
[SPI]Engineering Sciences [physics] ,eaux ménagères ,porosité ,[SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering ,matière organique ,granulométrie ,[SDE]Environmental Sciences ,[CHIM]Chemical Sciences ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,broyat de bois ,Assainissement non collectif ,[SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society - Abstract
Version française de hal-03003572.; La possibilité de séparation à la source des émissions d’effluents en Assainissement Non Collectif, dont l’implantation de toilettes sèches, devrait proposer des solutions techniques de traitement adaptées pour les eaux ménagères (EM). Les filtres à broyat de bois (FBB) sont une solution fondée sur la nature à faible impact environnemental qui a pour objectif de traiter et valoriser les eaux usées traitées par infiltration dans le sol. Une revue bibliographique internationale des usages et de la caractérisation des matières organiques dans le traitement des effluents nous amène à considérer le broyat de bois (BB) comme potentiellement efficace pour le traitement des eaux ménagères. Dès lors, une analyse croisée par des mesures physiques (granulométrie, densité, porosité et capacité d’absorption) et chimiques (Carbone, Azote, Phosphore et teneurs en : cendres, extractibles, lignines, cellulose et hémicelluloses) de l’évolution dans le temps du BB frais et utilisés montre des évolutions favorables au traitement biologique aérobie des eaux ménagères. A partir de l’ensemble de ces éléments (des pratiques internationales, de visites de sites en fonctionnement et d’une caractérisation détaillée des BB frais ou utilisés), l’étude conclut sur une proposition de dimensionnement unique pour un ménage: 5 tranchées identiques de 1 m2, garnies de broyat de bois (d’origine commerciale ou auto fabriqué) et alimentées de façon hebdomadaire en alternance.Au regard de la grande variabilité des eaux ménagères produites en ANC et de la complexité des mesures de performances du fait de la dispersion de l’effluent traité dans le sol, l’exercice de dimensionnement des ouvrages devient empirique. Le FBB fait partie des dispositifs qui semblent êtreen mesure d’accepter de fortes amplitudes d’émission tant hydraulique qu’organique (DCO, DBO5,MES). Cette filière d’économie circulaire qui s’appuie sur les interactions avec le sol en place, nécessite des recherches complémentaires pour tenter de mieux comprendre les processus qui garantissent les performances de traitement du dispositif.
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- 2020
45. IMPACT DE LA MASSE DE PARTICULES SUR LE COMPORTEMENT D'UN MONITEUR DE MESURE DE LA CONTAMINATION ATMOSPHÉRIQUE (CAM)
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Hoarau, G., Dougniaux, Gregoire, Gensdarmes, Francois, Dhieux Lestaevel, B., Laurent, J., Cassette, Philippe, Laboratoire de physique et de métrologie des aérosols (IRSN/PSN-RES/SCA/LPMA), Service du Confinement et de l'Aérodispersion des polluants (IRSN/PSN-RES/SCA), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN)-Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), EDF (EDF), Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département d'instrumentation Numérique (DIN (CEA-LIST)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and ASFERA
- Subjects
instrumentation ,dismantling ,[PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex] ,Porosité ,Bruit de fond ,Background ,Packing porosity ,[INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing ,radioactivity ,atmospheric contamination ,[PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det] ,signal processing ,ionizing radiation ,Compensation ,nuclear instrumentation - Abstract
Cet article présente la caractérisation du comportement d'un moniteur de mesure de la contamination particulaire radioactive atmosphérique en condition de chantier de démantèlement simulée en laboratoire. Les premiers résultats présentés dans ce papier mettent en avant une mauvaise adaptation de la compensation dynamique du bruit de fond dans des conditions de fonctionnement non prises en compte dans les référentiels IEC., This paper presents the characterization of the behavior of a Continuous Air Monitor (CAM) under dismantling site conditions simulated in laboratory. The first results presented in this paper highlight a misinterpretation of the dynamic background compensation in operating conditions not taken into account in IEC standards.
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- 2020
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46. Effect of pore size, morphology and spatial distribution on the thermal conductivity of UO2ceramics
- Author
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Joane Meynard, Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), MISTRAL-Lab, AIx-Marseille Université, Renaud Masson, Mihail Garajeu, and Meynard, Joane
- Subjects
[PHYS.MECA.SOLID] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph] ,FFT method ,Flash method ,homogénéisation ,porosity ,microscopie optique ,homogeneisation ,méthode FFT ,méthode Flash ,FIB-SEM ,porosité ,image analysis ,MEB-FIB ,[PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph] ,traitement d'images ,thermal conductivity ,tomographie à rayons X ,X-ray tomography ,conductivité thermique - Abstract
Inside a nuclear reactor core, the behavior of nuclear fuels is largely controlled by thermal phenomena. That is why it is very important to model the thermal behavior of fuels very precisely. A precise estimation of the fuel thermal conductivity is a key part of controlling the thermal phenomena occurring in irradiated fuels. This thermal property depends on several parameters such as the shape and spatial distribution of the pores in fuel microstructures.Standard UO2 nuclear fuels have been used in pressurized water reactors (PWR). They exhibit a standard network of pores with near-spherical shape. The effect of this porosity on the thermal conductivity of standard UO2 fuels has been studied extensively and accordingly modelled. By changing the manufacturing conditions of UO2 fuels, the fuels can exhibit very different pore networks compared to standard UO2 fuels in terms of shape, spatial distribution and volume fraction. However, the standard models only show the influence of the porosity volume fraction on the thermal conductivity of standard UO2 fuels and do not represent the thermal behavior of the manufactured UO2 fuels.The objective of this study is to develop a model that indicates the influence of porosity on thermal conductivity and that is representative of the thermal behavior of the manufactured UO2 nuclear fuels. This study is performed on non-irradiated UO2 fuels which simulate microstructures of non-irradiated and irradiated UO2 fuels.Two complementary approaches were used to develop and validate this model: 1) experimental characterizations of UO2 microstructures and 2) studies based on analytical and numerical homogenization.UO2 fuels were manufactured and their microstructures were studied using optical microscopy, SEM-FIB and X-ray tomography. Two types of porosity were identied: 1) sealed and near-spherical pores which are located in UO2 aggregates, and 2) an interconnected network of pores located at the interfaces of aggregates (named here "assembly porosity"). Several descriptive parameters (porosity volume fraction, shape, size, spatial distribution, angular distribution and interconnection) were estimated by immersion measurements and image analysis. Studies based on analytical and numerical homogenization were conducted. Numerical calculations using the Fast Fourier Transform method were performed on images of slice planes obtained withimaging technologies or 3D simulated microstructures generated with an original morphological model reproducing some characteristics of the observed porosity networks. The impact of the descriptive parameters on thermal conductivity was investigated. The significant impact of the spatial distribution and the interconnection of the assembly porosity on the thermal conductivity of manufactured UO2 fuels were highlighted. Finally, the proposed model was compared with experimental thermal diffusivity measurements obtained by the Flash method.Discrepancies between the model and the experimental measurements have been largely reduced with the proposed model compared with the standard models, which means that the developed model is more representative of the UO2 thermal behavior., En modifiant les conditions de fabrication, il est possible d'obtenir des microstructures de dioxyde d'uranium (UO2) possédant des réseaux de porosité différents (en termes de fraction volumique de pores, de taille, de morphologie et de distribution spatiale) par rapport à celui des céramiques utilisées comme combustibles standard dans le parc électronucléaire français.L'objectif est d'évaluer l'impact de la microstructure sur les propriétés thermiques d'un combustible UO2. Pour cela, un modèle donnant l'influence du réseau poreux sur la conductivité thermique d'une céramique UO2 est développé à partir d'une étude à 50°C sur des céramiques vierges représentatives de microstructures après fabrication et simulant l'évolution avec l'irradiation du réseau poreux observé sur des combustibles UO2 non standard.Le développement et la validation de ce modèle sont basés sur deux approches complémentaires : des caractérisations expérimentales de la microstructure des céramiques et des études par homogénéisation double-échelle (analytique et numérique).Des lots différents de céramiques UO2 ont été fabriqués de façon à obtenir des céramiques présentant des réseaux poreux variés en termes de fractions volumiques de porosité totale, ouverte et fermée. Deux familles de porosité ont été identifiées à l'aide de différentes techniques d'imagerie (microscopie optique, MEB-FIB et tomographie X) : la porosité occluse de forme quasi-sphérique et localisée dans les granulats d'UO2 et un réseau interconnecté de porosité localisée à l'interface des granulats (ce réseau est appelé dans cette étude porosité d'assemblage).Des paramètres descripteurs (taux, morphologie, taille pour les deux familles de pores et distribution angulaire pour la porosité d'assemblage) ont été déterminés par mesures par imbibition et par analyse d'images. La tomographie X et le MEB-FIB ont permis d'observer le caractère interconnecté 3D des pores d'assemblage. Des études par homogénéisation analytique et numérique (calculs par transformée de Fourier rapide) ont été réalisées afin d'évaluer l'impact de ces caractéristiques sur la conductivité thermique. Les calculs numériques ont été réalisés sur des images issues de plans de coupes obtenues par imagerie et ainsi que sur des images 2D et3D générées avec un modèle morphologique original reproduisant les spécificités des structures poreuses observées. Ces études ont mis en évidence l'impact important de la morphologie de type fissures, de la répartition spatiale et de l'interconnexion de la porosité d'assemblage sur la conductivité thermique des céramiques UO2. Des caractérisations sur céramiques proches du 100% dense ont par ailleurs permis d'évaluer la conductivité thermique de ces céramiquesdans ce cas limite. Finalement, le modèle proposé dépend du taux de porosité occluse et de la porosité d'assemblage, laquelle est assimilée à un réseau interconnecté de fissures distribuées autour des granulats UO2 et associée à une densité de fissures donnée. La comparaison de ce modèle aux mesures expérimentales de diffusivité thermique (méthode Flash) confirme le rôlemajeur joué par la porosité d'assemblage qui permet effectivement de différencier les propriétés thermiques des différents lots. Par ailleurs, le modèle reproduit les tendances associées à la dégradation de la conductivité thermique mesurée sur les céramiques étudiées.
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- 2019
47. Approche multi-échelle du comportement mécanique des os porteurs et non porteurs : vers une personnalisation des modèles numériques EF de l'être humain
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Roothaer, Xavier, Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique industrielles et Humaines - UMR 8201 (LAMIH), Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-INSA Institut National des Sciences Appliquées Hauts-de-France (INSA Hauts-De-France), Université Polytechnique Hauts-de-France, Eric Markiewicz, Christian Fontaine, Rémi Delille, and Hervé Morvan
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Micro-CT ,3D analysis ,Cortical bone ,Length ,Tensile tests ,Remodelage osseux ,Porosité ,Essai de traction ,Bone remodelling ,Canaux vasculaires ,Mann-Whitney-Wilcoxon ,Orientation ,Architecture ,Essai d’indentation ,Long bone ,Femur ,Humérus ,Tomography ,Traitement de données ,Analyse 3D ,Module élastique ,Comportement mécanique ,BMU ,Os porteur ,Longueur ,Mechanical behaviour ,Fémur ,Humerus ,[SPI.MECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph] ,Regression ,Data processing ,Tomographie ,Vascular canals ,Indentation ,Bearing bone ,Porosity ,Elastic modulus ,Os long ,Python ,Os cortical - Abstract
The human skeleton aims at participating to the locomotor system, protecting and serving as brackets forthe internal organs. To ensure the mechanical stiffness of the entire body, the cortical bone can be found inevery part of the skeleton. A dynamic process occurs throughout the life and is named bone remodelling. Thisprocess adapts the cortical bone architecture and the shape of bones according to their functions. Due to itscomplexity, bone remodelling can defect in the elderly and weakens bones. This thesis studies the bearing andnon-bearing long human bones by focusing on the humerus and femur. A survey of the state of the art, detailedin the first chapter, reveals several lacks. First, the femur is widely investigated compared to the other bones andthis unbalance creates a lack of data for the other bones. Therefore, inputs for numerical human models comefrom deprecated and contradictory studies where the extra-individual differences impact the trends. Second,architectural studies are mainly limited to in-plane assessment whereas the vascular network is complex andneeds more robust analyses. Thus, the second chapter describes an innovative method to 3D assess the corticalvascular network from tomographic data. This Python script automatically detects canals, connectivity andBone Multicellular Units (BMUs), cradle of the bone remodelling activity. Then, 77 samples from left andright femurs and humeri of ten human cadavers are scanned and analysed using this method. As this methodprovides numerous novel features of the cortical architecture, tensile and indentation tests are also carried outin order to understand and exhibit the impact of the architecture on the mechanical behaviour. Hence, all thescanned samples are tested and available for statistical analysis. So as to identify global trends, humerus andfemur are compared using different statistical tests. Likewise, the bias impact is also investigated. Finally, acorrelation study followed by a regression study is described so as to provide polynomial functions in order tobe used to predict the mechanical behaviour from an architectural study.; Le squelette humain a pour fonction de protéger les organes internes tout en participant au système delocomotion. Afin d’en assurer la rigidité mécanique, l’os cortical est présent dans toutes les parties du squelette.Le remodelage osseux, processus dynamique, est actif tout au long de la vie. Il permet à l’os cortical d’adaptersa géométrie et son architecture interne en fonction des contraintes qui lui sont appliquées. Étant un processuscomplexe, le remodelage osseux est amené à dysfonctionner chez les personnes âgées et fragiliser leurs os. Ainsi,cette thèse étudie les os porteurs et non porteurs humains en se concentrant sur le fémur et l’humérus. Larevue de la littérature, effectuée dans le chapitre 1, met en évidence plusieurs verrous scientifiques à résoudre.En effet, pour diverses raisons pratiques, le fémur est très largement étudié, délaissant l’étude des autres os.Cela a pour effet d’en impacter les données matériaux utilisées par les modèles numériques du corps humain,souvent extraites d’études très anciennes et obsolètes dont les sujets humains diffèrent. De plus, les étudesarchitecturales sont, pour la plupart, limitées à des analyses en 2D et ne sont pas adaptées par rapport àl’architecture osseuse complexe. Par conséquent, le second chapitre décrit une méthode innovante capabled’analyser et de quantifier l’architecture en 3D à partir de scans tomographiques. Les canaux, connectivités etBMUs, berceaux du remodelage osseux, sont automatiquement détectés. 77 échantillons, prélevés sur huméruset fémurs gauche et droit, sont scannés et quantifiés à partir de cette méthode. Étant donné que de nombreusescaractéristiques, jamais mesurées auparavant, sont obtenues, des essais de traction et d’indentation sont effectuésafin de comprendre et de mettre en évidence l’impact de l’architecture sur le comportement mécanique. Parconséquent, l’intégralité des échantillons, précédemment scannée, est testée. Dans l’objectif d’extraire destendances générales, les humérus et fémurs sont comparés suivant différents tests statistiques. De même, l’impactde la latéralité est aussi étudié. Pour terminer, une étude de corrélation, suivie d’une étude de régressions, esteffectuée afin de fournir des fonctions polynomiales destinées à prédire le comportement mécanique à partird’une simple étude architecturale.
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- 2019
48. Role of the chemical properties and the chemical transformations of organic matter with increasing thermal maturity on the development of the porosity of organic-rich shales
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Cavelan, Amélie, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université d'Orléans, and Mohammed Boussafir
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Argilite pétroligène ,Oil-Prone mudstone ,Maturité thermique ,Shiste à gaz ,Gas shale ,[SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences ,Organic matter ,Matière organique ,Thermal maturity ,Source rocks ,Porosity ,Porosité ,Roche mère - Abstract
The quality of mudstone reservoirs is closely dependent on the volume and the arrangement of the pore system as they control both the pathways for hydrocarbon flow and their storage capacity. It is thus primordial to identify the factors at the origin of this porosity. It has been well documented that thermal maturation of OM with burial is the main factor controlling the development of OM-hosted pores in organic-rich mudstones. Relationship between maturity and porosity is however, not always clear and contradictions exist between pore evolution models suggesting the influence of other factors such as the OM content and composition. The objective of this work was therefore, to investigate how the geochemical composition of the OM and its thermal degradation processes during maturation influence the development and the evolution of the porosity of organic-rich source rocks. This work was carried out on natural organic-rich mudstones selected from the “Kimmeridge-Clay- formation (KCF)” (UK) and the “Vaca Muerta-formation” (Argentina). To this end, the variations of the OM composition with increasing thermal maturity were assessed by different techniques (maceral and palynofacies analyses, Rock Eval pyrolysis, GC/MS, GC-TCD) and brought into relationship with the variations of the structure and the porosity observed (SEM, TEM) and quantified (nitrogen adsorption, mercury intrusion porosimetry, small angle X-ray scattering, Raman spectroscopy) in the bulk rock and/or the isolated kerogen. Thermal maturation experiments of KCF mudstones compared with natural analogues, show that the OM thermal degradation processes are, indeed, responsible for significant changes in porosity, and plays a major role in the organic-rich source rocks pores development. These variations are closely tied with the formation of OM-hosted pores, which became the major contributor to the porosity in thermally matured rocks in response to the production of oil and gas. Our TEM studies show that these processes are accompanied by a progressive variation of the kerogen and residual bitumen structure at the nanoscopic scale. Nevertheless, this study reveals for the first time that slight differences of the OM composition between samples can strongly influenced the ability of the rock to form and preserve pores from compaction leading to different pore evolution models. Hence, contrary to what is generally accepted in the literature, these results show that the ability of the studied mudstones to preserve pores strongly decreases with the increase of the amount of the hydrocarbons gases generated during maturation and thus, with the original OM oil generation potential. Finally, comparison between the two series of laboratory thermal maturation using different temperature-duration pairs show that the increase of the duration of the experiments lead to variations of the composition of bitumen and gas. These factors have however a very limited influence on the OM thermal degradation processes and pore development. These results, compared with natural samples, show that the influence of the kinetic of thermal degradation processes on porosity are very weak. Our results should thus be applied to natural gas shale systems.; La qualité des réservoirs non conventionnels et notamment argileux, dépend étroitement du volume et de l’arrangement du réseau poral, car ils contrôlent à la fois leur capacité de stockage et les voies par lesquelles les hydrocarbures peuvent s’écouler. Il était donc primordial d'identifier les facteurs à l'origine de la porosité de ces réservoirs particuliers. Les travaux menés ces dix dernières années montrent que la production des hydrocarbures au cours de l’évolution thermique influence fortement l’évolution de la porosité de ces argilites pétroligènes. Cependant, la porosité ne semble pas toujours directement liée au degré de maturité thermique suggérant un effet non négligeable de la composition et des propriétés chimiques initiales de la MO sur les mécanismes à l’origine de ce réseau poral. L'objectif de cette thèse était d'étudier l’influence de la composition géochimique et des transformations de la MO et du degré de maturité thermique sur le développement et l’évolution de la porosité d’argilites pétroligènes. Ces travaux ont été menés sur des échantillons naturels issus de la « Kimmeridge-Clay- formation (KCF) » d’Angleterre et de la « Vaca Muerta-formation » en Argentine. Dans ce but, les variations de la composition de la MO et l’augmentation de la maturité thermique ont été caractérisées par différentes méthodes (analyse macérale, palynofaciès, pyrolyse Rock Eval, GC/MS, GC-TCD) et mises en relations avec les variations de structure et de porosité observées (MEB, MET) et quantifiées (adsorption de diazote, porosimetry au mercure, diffusion des rayons-X aux petits angles, spectroscopie Raman) au sein de la roche totale et/ou de la MO isolée. Les expériences de maturation menées sur des argilites du KCF, comparées aux analogues naturels, montrent que les processus de dégradation thermique de la MO sont effectivement à l’origine de variations significatives de la porosité. Quel que soit la teneur en MO, ces processus jouent donc un rôle majeur dans la structuration du réseau poral. Nos travaux montrent que ces variations sont essentiellement liées à l’apparition et au développement progressif de pores au sein de la MO, qui devient le contributeur majeur de la porosité, en lien direct avec les différents stades de production des hydrocarbures liquides et gazeux. Nos résultats ultrastructuraux au MET montrent des variations progressives de structure du kérogène et des bitumes associés à l’échelle nanoscopique. Néanmoins, cette étude révèle pour la première fois que de légères différences de composition de la MO entre les échantillons affectent de manière significative la capacité de la roche à former et préserver la porosité au cours de la maturation thermique aboutissant à un comportement différent du réseau poral. Ainsi, contrairement à ce qui est généralement admis dans la littérature, ces résultats montrent que la capacité des argilites étudiées à préserver le volume poral formé au sein de la MO diminue fortement avec la concentration d’hydrocarbures gazeux générés au cours de la maturation thermique et de manière général, avec la qualité pétroligène de la MO. Enfin, les résultats issus des deux séries de maturation artificielles utilisant différents couples durée-température montrent que si l’augmentation de la durée des expériences de maturation thermique conduisent à quelques variations de la composition des bitumes et des gaz, ces paramètres n’influencent que très peu les processus de dégradation thermique de la MO et l’évolution du volume poral. Ces résultats comparés aux analogues naturels montrent que la cinétique des réactions de dégradation thermique sont peu influentes. Nos résultats sur les tendances porales liées à la cinétique peuvent donc être applicables aux environnements naturels.
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- 2019
49. Physique de la fermeture des pores dans le névé polaire, implications pour la compréhension des rétrocations passées entre cycle du carbone et climat
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Fourteau, Kévin, Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Grenoble Alpes, Patricia Martinerie, and STAR, ABES
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Glaciology ,Physique ,Physics ,Climate ,Glaciologie ,Porosité ,[SDU.STU.CL] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology ,[SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology ,Climatologie ,[SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology ,Firn densification ,Porosity ,Densification du névé ,[SDU.STU.GL] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology - Abstract
As they contain air from past atmospheres, ice cores are unparalleled climate paleo-archives. The study of the gases enclosed in ice cores from the arid region of East Antarctica allows to infer the past compositions of the atmosphere back to 800,000 years ago. Gases are trapped during the compaction of the snow deposited on top of the ice sheet. In the near-surface snow, also referred to as firn, the interstitial porous network shrinks until it eventually pinches and traps gases in the ice. However, the very process of gas trapping has impacts on the gas signals recorded in ice cores. The interpretation of gas records requires to characterize how ice core and atmospheric signals differ. The aim of this PhD is to study two effects altering ice core gas records, namely gas layered trapping that creates stratigraphic irregularities and firn smoothing that removes fast variability from the record. A specific focus is put on low-accumulation East Antarctic ice cores.This inquiry starts with the multi-tracer study of a firn core drilled at the Lock-In site, East Antarctica. The results show that the bottom of the firn can be seen as a stack of heterogeneous strata that densify following the same porous network evolution with density. In this vision, the stratification simply reflects the fact that some strata are in advance (or late) in their densification, but that pore closure happens in a similar fashion in all strata. This notably means that all strata contain nearly similar amounts of gases, as supported by direct measurements. High-resolution chemistry data indicate that denser strata are characterized by a high liquid conductivity, suggesting that deep firn stratification is due the impurity-induced preferential densification.This knowledge is then used to explain abrupt spikes observed in ice core methane records. For this PhD we rely on 6 new high-resolution methane records, measured in several East Antarctic ice cores at IGE. We show that the abrupt variations are layering artifacts due to stratigraphic irregularities caused by dense firn strata closing in advance. A simple model is developed to simulate the irregular occurrence of layering artifacts.A novel technique is proposed to estimate the age distributions of gases in ice cores, that are responsible for the smoothing of fast atmospheric variations. It can notably be applied to glacial records, and for the first time provides quantitative insights on the smoothing of very low-accumulation records. Our results show that in East Antarctica, the firn smoothing is weakly sensitive to the accumulation rate, meaning that more information than previously thought is preserved.Finally, we present the development of a new type of micro-mechanical firn model. Its ambition is to simulate the evolution of the porous network of a firn stratum. Such a model could be used to better constrain the enclosure of gases in polar ice under glacial conditions., Les carottes de glace sont des archive climatiques sans équivalents : les gaz contenus dans la glace de la région aride de l'Antarctique de l'Est permettent de reconstruire les compositions atmosphériques au cours des derniers 800 000 ans. Les gaz sont piégés pendant la compaction de la neige tombée sur l'inlandsis. Dans la neige en surface, aussi appelée névé, le réseau poreux interstitiel diminue jusqu'au pincement des pores qui piègent définitivement les gaz dans la glace. Cependant, le processus même de piégeage des gaz impacte l'enregistrement des signaux mesurés dans les carottes. L'interprétation de ces signaux demande de caractériser en quoi ils diffèrent de l'atmosphère passée. Le but de cette thèse est d'étudier deux effets altérant les enregistrements gaz des carottes, le piégeage par couches qui crée des irrégularités stratigraphiques et le lissage qui retire la variabilité rapide de l’enregistrement. Une attention particulière est portée sur les glaces de l'Antarctique de l'Est.Ce travail démarre avec l'étude multi-traceurs d'une carotte de névé forée au site de Lock-In en Antarctique de l'Est. Les résultats montrent que le bas du névé est un empilement hétérogène de strates se densifiant suivant une même évolution de leur réseau poreux. La stratification reflète simplement que certaines strates sont en avance (ou retard) dans leur densification, mais la fermeture des pores est similaire dans toutes les strates. Notamment, les strates contiennent toutes des quantités similaires de gaz, comme le montrent des mesures directes. Des mesures de chimie à haute-résolution montrent que les strates denses ont une haute conductivité liquide, suggérant que la stratification profonde du névé est due à une densification préférentielle induite par des impuretés.Ces connaissances sont appliquées pour étudier des variations centimétriques mesurées dans les signaux méthane des carottes de glace. Pour cette thèse, nous utilisons 6 nouveaux signaux méthane à haute résolution, mesurés dans des carottes d'Antarctique de l'Est à l'IGE. On montre que ces variations sont des artefacts dus aux irrégularités stratigraphiques causées par des strates denses se fermant en avance. Un modèle est proposé pour simuler la présence irrégulière de ces artefacts.Une nouvelle méthode est proposée pour estimer la distribution en âge des gaz dans les carottes, qui à l'origine du lissage des variations atmosphériques rapides. Elle peut être appliquée aux carottes de la dernière période glaciaire, et donne pour la première fois des indications quantitatives sur le lissage des signaux dans les carottes à très faible accumulation. Nos résultats montrent qu'en Antarctique de l'Est, le lissage est peu sensible au taux d'accumulation, et que plus d'information que prévu est préservée lors du piégeage.Enfin, nous présentons le développement d'un nouveau type de modèle micro-mécanique du névé. Son but est de simuler l'évolution des pores dans une strate de névé. Un tel modèle pourrait être utilisé pour contraindre le piégeage des gaz dans la glace, dans des conditions de période glaciaire.
- Published
- 2019
50. Behavior of clay-rich soil /cement mixtures prepared by deep soil mixing method
- Author
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Myriam Duc, Alain Le Kouby, Fabien Szymkiewicz, Joali Paredes Marino, Sols, Roches et Ouvrages Géotechniques (IFSTTAR/GERS/SRO), Communauté Université Paris-Est-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), and Cadic, Ifsttar
- Subjects
DEEP SOIL MIXING ,POROSITE ,CEMENT ,COMPOSITION DU MELANGE ,KAOLIN ,[SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials ,CLAY ,MICROSTRUCTURE ,POROSIMETRY ,SOL DE FONDATION ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials - Abstract
international conference - EUROCLAY , Paris, FRANCE, 01-/07/2019 - 05/07/2019; In the hydraulic binder domain, the presence of clay aggregates has been known for a long time to be harmful to hardened mortar or concrete material. However the deep soil mixing technique to reinforce dikes or soils for foundation mixes the existing soil with cement (CEMII or CEMIII). A better understanding of the interaction between anhydrous cement powder, clay and water is therefore required in order to predict the hydraulic or mechanical performances of the soil mixing material and if they match with the targeted values. The present study scanned the properties of cement mixtures with variable natures of clay (4 kaolinites, 2 illites and 1 montmorillonite as well as siliceous sand as reference). The formulation of mixtures aims to obtain the optimum properties with a quantity of cement fixed at 140 kg/m3 which represents around 8% in mass of the soil to be treated. As the quantity of water added to mixture controls the final properties via the appearance of increasing porosity with higher water content, a method based on liquid limit LL is chosen to fix the lower water content to add to achieve a self compacting paste (formulation is positioned at the beginning of the working range). Then, macroscopic material properties are studied in parallel with microstructural characteristics.Globally, the more water sensitive the clay is, the lower the compressive strength UCS of the hardened paste appears. It is important to note that the curing is very slow, ranging from several days to several weeks (during this period mechanical test is not possible). The highest dispersion in UCS is observed with the four tested kaolinitic clays whose behaviors range from that of sand to the one of illite/montmorillonite. It indicated that the clay mineralogy is not the only determining parameter. In each clay family, the cation exchange capacity CEC (or methylene blue value VBS as well as plastic index PI) may vary and such parameters are good indicators to classify clay materials in a first approach. Indeed, CEC reveals not only the clays water sensitivity and then their ability to compete for water during cement hydration, but also their ability to adsorb Ca2+ cations used for CSH precipitation. On the contrary, clays may favor in various proportions the long term pozzolanic effect that allows to reinforce the soil mixing material by additional CSH formation. Furthermore, clays coat the particles of anhydrous cement and by physical screening, they prevent the proper development of a 3D network of CSH that bind neighboring aggregates. In this case, the mechanical properties are impacted by the size of clay aggregates (or balls) linked to the soil preparation method (remoulding,...), and by the clay capacity to disperse in cement mixture. As an example, the low dispersion of illite in cement (favoring aggregates of several tens of microns) increases the performances of mixtures while an intimate mixing at micron scale of kaolinite particles with cement reduces the resistance. Such results may at first seem surprising considering the higher water sensitivity of illite in comparison with kaolinite.
- Published
- 2019
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