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2011 à 2012

par Claudine Lylap - 13 janvier 2012

- THESE CLEMENT Saidou Grenoble INP 19/11/2012 Propriété physico chimiques et fonctionnelles des gommes hydrocolloîdes des écorces de Trumfatta cordifolia et Bridelia thermifolia

RESUMÉ

Triumfetta cordifolia et Bridelia thermifolia sont deux arbustes de la région tropicale d’Afrique dont les gommes extraites des écorces fraîches ou séchées sont confinées aux utilisations traditionnelles, notamment dans la cuisine (propriétés d’épaississement et d’aromatisation des sauces, d’amélioration de la texture des pâtisseries) et dans le procédé de décantation des bières traditionnelles de sorgho (bili-bili). Dans le but d’identifier la nature des gommes responsables de ces propriétés et d’évaluer leur potentiel de valorisation, la composition chimique (protéines, polysaccharides, fibres et minéraux) des écorces a été déterminée. Les gommes ont été extraites, caractérisées sur le plan chimique (composition en monosaccharides et en minéraux) et physique (comportement rhéologiques des extraits, poids moléculaire, viscosité intrinsèque et rayon de giration) et l’effet combiné des facteurs du milieu (température, pH, et concentration saline (NaCl, KCl, CaCl2 et MgCl2)) influençant la viscosité a été analysé selon un plan composite centré. Enfin, un essai d’application de ces gommes dans la préparation des beignets de maïs et de sorgho a été réalisé. Les résultats des analyses chimiques montrent une prédominance des polysaccharides dans les écorces (52 et 55% respectivement pour B. thermifolia et T. cordifolia) et dans les extraits (76 et 80% respectivement pour B. thermifolia et T. cordifolia), avec des teneurs 5 à 8 fois supérieures à celles des protéines. Ce qui permet de considérer que ces polysaccharides sont responsables des propriétés physiques d’épaississement exprimées par les extraits. Ces propriétés ne sont aucunement modifiées par le séchage des écorces. Les polysaccharides des extraits sont constitués principalement de rhamnose (24,51%), de galactose (15,23%), d’acides glucuronique (25,51%) et galacturonique (20,23%). La présence significative d’acides uroniques justifie la persistance des minéraux dans les extraits purifiés. Les masses moléculaires moyennes des polysaccharides sont de 4,07 x106 et 1,96 x106Da respectivement pour T. cordifolia et B. thermifolia. Sur le plan physique, leurs viscosités intrinsèques et leur rayon de giration sont relativement élevés (18,33dl/g et 184,3nm pour T. cordifolia ; 17,98dl/g et 100,7nm pour B. thermifolia). La cinétique de séchage des écorces de T. cordifolia et B. thermifolia se déroule en deux périodes cinétiques représentées par deux constantes de séchage k1 et k2 qui augmentent avec la température de séchage. La viscosité des extraits diminue pour des températures de séchage des écorces au-délà de 70°C. Cette baisse de viscosité des extraits serait plus le résultat d’un changement de conformation des polysaccharides que de leur dégradation. L’étude du comportement rhéologique de ces polysaccharides traduit un comportement rhéofluidifiant, viscoélastique, très peu thixotrope et avec des contraintes seuil d’écoulement comprises entre 0,4 et 0,5Pa pour les trois premiers extraits de T. cordifolia. La température et les cations monovalents (K+ et Na+) ont un effet dépresseur sur la viscosité des gommes tandis que les pHs faiblement acide et alcalin et les cations divalents (Ca2+ et Mg2+) l’augmentent. L’effet combiné de ces facteurs sur la viscosité des gommes se décrit de façon satisfaisante par un modèle de second degré. L’analyse des interactions entre les facteurs de variation (définit dans le modèle) met en évidence, pour chaque facteur, une plage de valeurs pour lesquelles il contribue à l’obtention d’une zone de viscosités optimales et offre sur le plan pratique une gamme de choix des niveaux de variables en fonction du niveau de viscosité voulue. L’incorporation d’extraits de T. cordifolia (2,5 g/l) et B. thermifolia (8 g/l) dans la farine de maïs ou de sorgho, contribue de façon significative à l’amélioration du gonflement des pâtes à beignet. Les beignets obtenus sont appréciés, sur le plan organoleptique au même titre que les beignets de blé. . Mots : Bridelia thermifolia, Triumfetta cordifolia, écorces, gommes hydrocolloïdes, Physico-chimie, polysaccharides, rhéologie, panification, beignets.

- Thèse : Ahmed - Grenoble, 13 Mars 2012.

Les instabilités thermiques de Rayleigh-Bénard dans les fluides viscoplastiques.

- HDR, 22 Mai 2012, Stéphane BAUP présente Caractérisation et intensification de procédés sous l’effet d’une contribution externe. Le manuscrit est intitulé "Caractérisation et intensification des procédés sous l’effet d’une contribution externe" et correspond à un travail de recherche multi-domaines, sur la connaissance, la mise en œuvre et l’étude de procédés utilisés en traitement d’eau. Pour les différents procédés abordés, la méthodologie suivie se révèle être la même : imposer à un système des conditions externes, afin de le caractériser ou de l’intensifier. Cette démarche a été initialement utilisée en plaçant un système d’adsorption dans des conditions hydrauliques telles que l’acquisition d’un coefficient de diffusion soit possible. Cette méthodologie a ensuite été appliquée lors d’imposition de champs électromagnétiques externes à un réacteur de cémentation ou lors d’aération de cultures biologiques par des mélangeurs statiques à des fins d’intensification. Par la suite, cette démarche est envisagée lors de futures recherches via l’imposition de champs ultrasonores à un système d’ultrafiltration ou à une oxydation de micropolluant sur matrice solide.

- Thèse de Nicolas Mougin. Dynamique des bulles dans les fluides à seuil : Etude expérimentale dans les suspensions de micro-gels. ( 01-12-2011)

De nombreux procédés industriels (désencrage, aération de réacteurs biochimiques, sustentation des gravats dans les puits de forage, …) font appel au mouvement de bulles dans des fluides à seuil. La dynamique de bulles d’air dans un fluide à seuil modèle se présentant comme une suspension concentrée de micro-gels gonflés de solvant, les gels aqueux de Carbopol, a été abordé de façon expérimentale. Dans un premier temps, des précisions et de nouvelles connaissances ont été apportées pour cerner précisément les caractéristiques du comportement rhéologique des gels de Carbopol impliquées dans la dynamique lente des bulles en relation avec leurs microstructures. Dans un deuxième temps, la forme, la trajectoire et la dynamique de bulles d’air dans ces gels ont été établies par des mesures globales et des mesures locales du champ de vitesse et de déformation avec le souci de les relier aux comportements rhéologiques des gels et de leur microstructure. Ainsi, le rôle majeur des contraintes internes dues à la microstructure des gels sur la forme et la trajectoire de bulles est mis en évidence. Un régime de vitesses terminales stables et reproductibles est obtenu, non pas après un nombre donné de bulles, mais après un temps écoulé depuis la première injection. Ce temps est bien corrélé avec la chute du module élastique du gel aux faibles fréquences déterminée en rhéométrie oscillatoire. Ce travail de thèse permet donc de préciser le comportement rhéologique des gels de Carbopol, et notamment de donner des échelles de temps des réorganisations de la structure. Le régime quasi-statique d’injection choisi permet de mettre en évidence les effets de la tension de surface et des propriétés plastiques des gels.

- HDR F. BOSSARD Contribution à la rhéo-physique et la mise en forme de polymères 30 Novembre 2011

- Thèse de Stéphane MOSSAZ  : Etudes expérimentales et numériques des écoulements inertiels de fluides à seuil autour d’un cylindre.

Les écoulements rampants, recirculants et instationnaires d’un fluide viscoplastique autour d’un cylindre ont été étudiés. Numériquement, les morphologies des écoulements, la localisation des zones rigides, les champs de contraintes et pression autour du cylindre ainsi que le coefficient de traînée, ont été déterminés sur un large domaine des nombres de Reynolds et d’Oldroyd. Expérimentalement, les fluides étudiés sont des gels de polymère Carbopol®. Le comportement élastoviscoplastique de ces gels a été modélisé par une loi d’Herschel-Bulkley adaptée. Le montage expérimental conçu et réalisé a été validé par l’étude de l’écoulement d’un fluide newtonien autour d’un cylindre et la mise en place d’une procédure adaptée pour les fluides à seuil. On a pu constater l’influence des conditions d’interface avec l’apparition d’une morphologie de lâchers de tourbillons simultanés et symétriques.

Mots-clés : Cylindre circulaire, Ecoulement inertiel, Fluide viscoplastique, Nombre d’Oldroyd, Nombre de Strouhal, Critère d’instabilité, Reynolds Critique, Zones rigides.

- Thèse de Guillaume Maîtrejean 2011  : Contributions à la modélisation numérique de la théorie cinétique des suspensions Résumé : Ce travail présente une contribution à la modélisation numérique des systèmes de suspensions dans le cadre de la théorie cinétique. Cette description continue des systèmes de suspensions permet de prendre en compte l’influence de la structure à l’échelle microscopique sur la cinétique de l’écoulement macroscopique. Cependant elle présente l’inconvénient majeur d’être définie sur un espace à haute dimension et rend alors difficile la résolution de ces modèles avec des approches déterministes classiques.

Afin de s’affranchir, ou du moins d’alléger, le poids du caractère micro-macro des approches en théorie cinétique, plusieurs techniques de réduction dimensionnelle s’appuyant sur l’utilisation de la Décomposition Généralisée en modes Propres (PGD) sont présentées. Une étude de différents algorithmes PGD est conduite, et dont l’efficacité en termes de vitesse de convergence et d’optimalité de la solution est illustrée.

La simulation de mélanges de fluides immiscibles est conduite à l’aide du Tenseur d’aire qui est un puissant outil de caractérisation du mélange. Cependant celui-ci nécessite l’introduction d’une relation de fermeture dont l’impact est évalué avec le modèle de théorie cinétique équivalent et exact.

Finalement, la simulation de systèmes de suspensions colloïdales décrits par l’équation de Smoluchowski présente une approche originale de la modélisation des suspensions solides. Cette approche permet de s’affranchir avantageusement du bruit statistique inhérent aux simulations stochastiques traditionnellement mises en \oeuvre. \newline

Mots-Clés : Réduction dimensionnelle, Décomposition Généralisée en mode Propre, Théorie cinétique, Mélange de fluides immiscibles, Suspensions colloïdales.

Contributions to numerical modeling of the kinetic theory of suspensions

Abstract : This work is a contribution to the numerical modeling of suspension system in the kinetic theory framework. This continuum description of suspension system allows to account for the microstructure impact on the kinetic of the macroscopic flow. However, its main drawback is related to the high dimensional spaces in which kinetic theory models are defined and makes difficult for classical deterministic approaches to solve such systems.

One possibility for circumventing, or at least alleviate, the weight of the micro-macro kinetic theory approaches lies in the use of separated representations strategies based on the Proper Generalized Decomposition (PGD). A study of different PGD algorithms is driven, illustrating the efficiency of these algorithms in terms of convergence speed and optimality of the solution obtained.

The immiscible fluids blends modeling is driven using the area tensor which is a powerful numerical tool for characterizing blends. However it needs the introduction of closure relation of which impact is measured using equivalent and exact kinetic theory model.

Finally, the numerical modeling of colloidal suspension system described by the Smoluchowski equation presents an original approach of the modeling of solid suspension system. This description allows to circumvent the statistical noise inherent to the stochastic approaches commonly used.\newline

- Thèse de Serigne MBAYE  : mardi 11 octobre 2011 COUPLAGE HYDRODYNAMIQUE-BIOMASSE DANS LES PROCÉDÉS DE DEPOLLUTION : Approche locale des mécanismes d’adhésion, de détachement et de croissance de microorganismes sur substrats solides.

Les biofilms, principalement constitués de micro-organismes et d’exopolymères, se développent sur des surfaces humides non stériles. Ils sont d’une importance considérable dans de nombreuses applications industrielles et environnementales, parmis lesquels les biofiltres utilisés en traitement de l’eau. L’interaction forte entre l’écoulement et le développement du biofilm dans ce type de procédés rend très difficile leur modélisation sans des progrès drastiques dans la compréhensions de phénomènes apparaissant à diverses échelles (échelles de quelques pores, échelles du biofilm). Cette thèse a pour objectif d’apporter une meilleure compréhension des mécanismes qui gouvernent la croissance d’un biofilm à l’échelle locale. Une chambre d’écoulement caractérisée par un écoulement de Poiseuille a été développée pour permettre l’observation in-situ et l’analyse de l’adhésion, du détachement et de la croissance du micro-organisme P. putida sous écoulement cisaillé. Il a été démontré que la force d’adhésion bactérienne sur supports solides est affectée par la nature ionique du fluide en écoulement et par le temps de contact sur le support. L’existence d’une contrainte seuil qu’il faut franchir pour amorcer le détachement a également été mis en évidence. Cette contrainte seuil, dépend du temps de contact initial et fait donc apparaitre des effets d’histoire. Les résultats ont aussi montré que les lois de croissance mesurée en batch ne s’appliquent pas à faible Reynolds pour une biomasse fixée sur support solide et soumise à une contrainte de cisaillement. La formation et la structuration de biofilms sous écoulement à faible nombre de Reynolds ont montré la nature hétérogène de la structure du biofilm. Enfin une méthode de reconstructions 3D des images acquises est présentée.

- Thèse de Melle Christelle Yeromonahos de l’Université de Grenoble, spécialité Mécanique des Fluides Procédés Energétique intitulée : Nanostructure des fibres de fibrine. Le 12 octobre 2011 à 10H

Thèse préparée dans le laboratoire d’Hématologie du CHU de Grenoble et dans le laboratoire de Rhéologie de l’Université de Grenoble, sous la direction conjointe de M. Benoît Polack et M. François Caton.

RESUME DE THESE : La formation d’un caillot de fibrine, processus clé de la coagulation sanguine, implique la polymérisation des monomères de fibrinogène en un réseau de fibres de fibrine. Bien que ce réseau contrôle l’ensemble des propriétés mécaniques du caillot, sa structure aux échelles inférieures au micron est très mal caractérisée. Nous avons démontré que l’analyse du spectre de lumière visible transmis à travers un caillot permet de déterminer simultanément, en conditions quasi-physiologiques, le rayon et la concentration interne en protéines des fibres. Cette méthode a montré comment l’environnement de la réaction influe sur leur dimension et leur extraordinaire porosité. Cette méthode a ensuite permis de caractériser les effets sur cette structure de différentes molécules anti-coagulantes. Enfin, nous avons construit un prototype à vocation hospitalière (spectrophotomètre) afin d’étudier la cinétique de polymérisation de la fibrine sur des plasmas pathologiques. Des discussions sont en cours avec un industriel afin d’intégrer cette méthode sur des appareils de diagnostic.


Laboratoire Rhéologie et Procédés - 363 rue de la Chimie- Bâtiment B - Domaine Universitaire - BP 53 - 38041 Grenoble cedex 9 - (33) 4 56 52 01 96