Le bois est un matériau cellulaire naturel et excellent absorbeur d’énergie. Employé au sein de structures du type limiteur d’impact, il subit de nombreux phénomènes lors d’un cas de chute. Une large campagne expérimentale est réalisée afin d’analyser les réponses en compression du hêtre et de l’épicéa, en fonction de la direction de sollicitation, de la vitesse de déformation pour la plage [0.001-600] s−1 et de deux types de restrictions latérales qualifiées d’extrêmes. La direction longitudinale se révèle la plus sensible à la vitesse ainsi qu’au type de restrictions latérales et les conséquences sur la capacité d’absorption d’énergie du bois sont alors significatives. Par ailleurs, les protocoles développés ont vocation à être déclinés pour un large panel d’essences aux propriétés mécaniques variées. Un modèle matériau élastoplastique, isotrope transverse et sensible à la vitesse de déformation est élaboré à l’aide des techniques multi-échelles et de la micromécanique. Les propriétés élastiques macroscopiques sont estimées à l’aide du schéma d’homogénéisation de Mori-Tanaka à partir de données issues de la microstructure. Un critère de type Gurson étendu reposant sur l’approche micromécanique de l’endommagement ductile est employé pour retranscrire le comportement non linéaire, la densification et le caractère compressible du bois. Des paramètres de dégradation découplés du critère sont appliqués selon la direction longitudinale. La modélisation proposée repose sur une description simplifiée du bois et les résultats numériques associés illustrent la bonne capacité du modèle à reproduire les différentes réponses observées lors d’un cas de chute. / Wood is a natural cellular material, which is widely and advantageously used as shock absorber for the transport of radioactive materials. Accident situations are evaluated based on the 9 m drop test, which allows us to observe the complex crushing behavior of wood. A compressive experimental study is conducted on spruce and beech wood species over a large range of strain rates (from 0.001 to 600 s−1) to investigate the effect of the loading direction and of two extreme lateral confinements. The longitudinal direction is the most sensitive to the effect of strain rate and of lateral confinements which have significant consequences on the energy absorption. Besides, the experimental investigation can be adapted to various wood species with very different mechanical properties. A strain rate dependent elastoplastic model with transversal isotropy is developed using multi-scale and micromechanics techniques. The elastic macroscopic properties of wood are estimated with a Mori-Tanaka scheme and information extracted from the microstructure. The Gurson type criterion based on the micromechanical approach of the ductile damage is used in order to describe the non linear behavior of wood, its densification regime and its compressibility as well. Additionally, uncoupled degradation parameters are applied to reproduce the failure mechanisms involved in the longitudinal response. A simplified description of wood is used within the modeling and the numerical results exhibit the good ability of the model to reproduce the various wood responses during an accident situation.

Le confinement électrique et optique par oxydation des couches minces d'AlGaAs est une étape essentielle dans la réalisation des composants photoniques actifs et passifs dans la filière de matériaux GaAs. La recherche de performances ultimes sur ces composants nécessite une meilleure maîtrise du procédé d'oxydation ainsi qu'une meilleure connaissance des propriétés optiques de l'oxyde d'aluminium (AlOx). Dans cette perspective, j'ai d'abord réalisé une étude expérimentale de la vitesse d'oxydation des couches d'AlGaAs en fonction de la température du substrat, de la composition en gallium des couches étudiées, de la pression atmosphérique et de la géométrie des mesas considérés. Puis, j'ai établi un modèle anisotrope permettant une meilleure résolution spatiale et temporelle de la forme du front d'oxydation de l'AlAs. Enfin, j'ai exploité ce procédé pour réaliser des composants d'optique guidée notamment des micro-résonateurs puis réalisé des guides optiques à fente et caractérisé leurs performances optiques. / Optical and electrical confinement using Al(Ga)As layer oxidation is a key milestone in the fabrication of active and passive GaAs-based photonic components. To optimize those devices, through the control of the optical and electrical confinements, a better modelling of oxidation process and a better understanding of optical properties of aluminum oxide (AlOx) is required. One part of this work is focusing on a throughout experimental study of AlGaAs oxidation kinetics, where I studied different important parameters such as wafer temperature, gallium composition, atmospheric pressure and mesa geometry. Then, I developed a new predictive model taking into account the process anisotropy, thus allowing a better temporal and spatial of AlAs oxidation front evolution. Finally, I could exploit this technological process to realize whispering gallery mode microdisks as well as slot optical waveguides, and I have characterized this latter photonic devices.

Une première partie de ce travail de thèse consiste au développement d'une nouvelle synthèse chimique de nanocristaux supraconducteurs de plomb ayant la particularité de produire de grandes quantités de nanocristaux monodisperses. Cette synthèse nous permet de réaliser des mesures précises des propriétés thermodynamiques supraconductrices en fonction de la taille des nanocristaux. Nous présentons des mesures de susceptibilité magnétique de ces nanocristaux afin d'analyser l'amplitude de l'effet Meissner en fonction de la taille des particules. Pour des tailles de nanoparticules de plomb comprises entre 10 et 30 nm, nous avons trouvé que l'amplitude de l'effet Meissner est plus faible de plusieurs ordres de grandeurs que prédite par la théorie de Ginzburg-Landau. Nous avons aussi trouvé que cet effet est totalement supprimé pour des particules de diamètres inférieurs à 16 nm lorsque le spectre électronique devient discret. Ce résultat montre que les effets du confinement quantique altèrent l'état superfluide même pour des tailles supérieures à la taille déterminée par le critère d'Anderson. Ce critère contrôle l'existence des paires de Cooper dans le nanocristal. Dans une seconde partie de cette thèse, nous présentons une étude du transport électronique dans des réseaux de nanocristaux d'or réalisés par la technique de Langmuir. Nous présentons l'évolution des propriétés de conduction électrique et optique de ces réseaux avec le couplage des nanocristaux par des molécules alcanedithiols. Nous montrons que la conductivité du réseau augmente fortement pour de petites chaînes alcanes sans pour autant conduire à un état métallique. Aux basses températures de l'Hélium liquide, les caractéristiques courant-tension mesurées sur ces réseaux montrent un comportement non-linéaire et exhibent une tension seuil VT pour l'établissement d'un courant électronique dans le réseau. Nous analysons ce comportement caractéristique du transport dans un réseau avec blocage de Coulomb avec le modèle de Middleton et Wingreen, lequel identifie le passage du régime isolant au régime conducteur à une transition du second ordre. Au voisinage du point critique VT, on observe que la loi reliant le courant à la tension appliquée suit la relation attendue théoriquement. La valeur de l'exposant trouvé suggère que le transport est dominé par des mécanismes de co-tunneling.

Ce travail est une étude des effets de confinement sur les propriétés d'un cristal liquide thermotrope (8CB). L'emploi de la forme colonnaire du silicium poreux ainsi que les membranes d'alumine poreuse a permis d'introduire un confinement suivant une direction préférentielle. Nous avons montré par microscopie électronique à balayage que ces deux matériaux poreux présentent une organisation fortement unidirectionnelle de l'ensemble des nanopores (diamètre moyen : 30 nm, longueur 30 μm). Le silicium poreux montre d'autre part une morphologie particulièrement désordonnée de la paroi interne des pores qui a permis d'induire des effets de champ aléatoire sur le système confiné. <br />Le polymorphisme et le diagramme de phases du 8CB confiné ont été étudiés par calorimétrie à balayage (DSC), diffusion Raman et par diffraction de neutrons. La séquence de phase du 8CB confiné dans les alumines poreuses reste identique à celle du 8CB massif avec toutefois l'existence d'une phase cristalline métastable à basses températures. Le 8CB confiné dans le silicium poreux montre un comportement très différent. La présence de désordre aléatoire gelé dans les nanopores empêche la transition N-SmA et laisse place à une mise en ordre progressive d'une phase smectique dont l'ordre n'est plus qu'à courte portée. A plus basses températures, le système cristallise dans diverses phases métastables dont l'existence n'a pu être mis en évidence qu'en condition de confinement. <br />L'ordre orientationnel des phases confinées a pu être décrit par diffusion Raman et par ellipsométrie spectroscopique. Ces deux techniques nous ont permis de mettre en évidence le fort couplage entre l'anisotropie des phases du cristal liquide et la géométrie 1D des nanocanaux.<br />En dernier lieu, nous discutons de la dynamique du 8CB pur et confiné dans le silicium poreux déterminé par la diffusion quasiélastique de neutrons. En situation de confinement, la mobilité des molécules est particulièrement ralentie dès le domaine en température où le 8CB en volume est en phase isotrope, soulignant la profonde perturbation de la dynamique des couches interfaciales.

No description available.

Les phénomènes de diffusion cohérente non-linéaire ont été récemment proposés en alternatives à la fluorescence comme processus de marquage en microscopie multiphotonique. Les matériaux couramment appliqués dans ce contexte buttent toutefois sur une limite inférieure en taille déterminée par le seuil de détection de signaux faibles en optique non-linéaire. Aucun des efforts récents en détection en génération de second-harmonique (GSH), qui est le processus non-linéaire d’ordre le plus bas, n’a permis de descendre à ce jour au-dessous d’une barrière en taille de 40nm même en ayant recours aux techniques de détection les plus sensibles telles que le comptage de photons uniques. Les nanoparticules (NPs) restent ainsi dans la famille des nano-diffuseurs de “grande“ taille. Il apparaît toutefois possible de déplacer de façon significative cette limite inférieure vers les plus petites tailles en substituant aux isolants diélectriques ou aux semi-conducteurs à grands gaps des particules quantiques (PQs) à base de semi-conducteurs à gaps directs.Dans ce travail, un nouveau type de nanosondes hautement non-linéaires a été conçu et développé de façon à franchir cette barrière de taille minimale pour atteindre l’échelle de nanoparticules uniques. Nous considérons ainsi l’excitation résonnante à deux photons de nanoparticules quantiques individuelles à base de CdTe (de la famille des “zinc-blendes”) d’un diamètre d’environ 12.5nm, qui fournissent une émission cohérente efficace par GSH jusqu’à hauteur de 105 comptages de photons par seconde. Elles présentent de plus l’avantage d’une remarquable sensibilité à l’orientation de leur réseau cristallin octupolaire.De plus, il a été démontré que les effets de confinement quantique déterminent fortement les caractéristiques de la susceptibilité non-linéaire du second-ordre χ(2). La caractérisation quantitative du χ(2) des PQs, en particulier leur dispersion spectrale et leur dépendance en taille est menée par spectroscopie de particules uniques ainsi qu’en moyenne d’ensemble par diffusion Hyper-Rayleigh (HRS). Nous fournissons en particulier la preuve que sous certaines conditions, le χ(2) de structures à base de semi-conducteurs en mode de confinement quantique peut très largement dépasser sa valeur en milieu massif. De plus, un nouveau type de PQs hybridant des semi-conducteurs en géométries de type “bâtonnet sur sphère” (BS) a été développé sur la base de composantes cristallines de symétries différentes, afin d’augmenter leur non-linéarité quadratique effective, tout en maintenant leur taille dans un régime proche d’un fort confinement quantique. Le nouveau tenseur hybride complexe χ(2) est analysé en terme d’interférence des susceptibilités constitutives, en prenant en compte les différentes formes et symétries associées aux composantes octupolaires et dipolaires.Il en résulte pour de telles structures une exaltation significative du χ(2), qui excède celle des PQs à constituant unique compte tenu du couplage entre matériaux non-linéaires et d’un temps de décohérence plus long, que nous attribuons à un effet de separation de charge photo-induit. / Nonlinear coherent scattering phenomena from single nanoparticles have been recently proposed as alternative processes for fluorescence in multiphoton microscopy staining. Commonly applied nanoscale materials, however, have reached a certain limit in size dependent detection efficiency of weak nonlinear optical signals. None of the recent efforts in detection of second-harmonic generation (SHG), the lowest order nonlinear process, have been able to cross a ~40 nm size barrier for nanoparticles (NPs), thus remaining at the level of “large” nanoscatterers, even when resorting to the most sensitive detection techniques such as single-photon counting technology. As we realize now, this size limitation can be significantly lowered when replacing dielectric insulators or wide gap semiconductors by direct-gap semiconducting quantum dots (QDs). Herein, a new type of highly nonlinear nanoprobes is engineered in order to surpass above mentioned size barrier at the single nanoparticle scale. We consider two-photon resonant excitation in individual zinc-blende CdTe QDs of about 12.5 nm diameter, which provide efficient coherent SHG radiation, as high as 105 Hz, furthermore exhibiting remarkable sensitivity to spatial orientation of their octupolar crystalline lattice. Moreover, quantum confinement effects have been found to strongly contribute to the second-order nonlinear optical susceptibility χ(2) features. Quantitative characterization of the χ(2) of QDs by way of their spectral dispersion and size dependence is therefore undertaken by single particle spectroscopy and ensemble Hyper-Rayleigh Scattering (HRS) studies. We prove that under appropriate conditions, χ(2) of quantum confined semiconducting structures can significantly exceed that of bulk. Furthermore, a novel type of semiconducting hybrid rod-on-dot (RD) QDs is developed by building up on crystalline moieties of different symmetries, in order to increase their effective quadratic nonlinearity while maintaining their size close to a strong quantum confinement regime. The new complex hybrid χ(2) tensor is analyzed by interfering the susceptibilities from each component, considering different shape and point group symmetries associated to octupolar and dipolar crystalline structures. Significant SHG enhancement is consequently observed, exceeding that of mono-compound QDs, due to a coupling between two nonlinear materials and slower decoherence, which we attribute to the induced spatial charge separation upon photoexcitation.

A system is presented that is capable of confining an ion beam or plasma within a region that is essentially free of applied fields. An Artificially Structured Boundary (ASB) produces a spatially periodic set of magnetic field cusps that provides charged particle confinement. Electrostatic plugging of the magnetic field cusps enhances confinement. An ASB that has a small spatial period, compared to the dimensions of a confined plasma, generates electro- magneto-static fields with a short range. An ASB-lined volume thus constructed creates an effectively field free region near its center. It is assumed that a non-neutral plasma confined within such a volume relaxes to a Maxwell-Boltzmann distribution. Space charge based confinement of a second species of charged particles is envisioned, where the second species is confined by the space charge of the first non-neutral plasma species. An electron plasma confined within an ASB-lined volume can potentially provide confinement of a positive ion beam or positive ion plasma. Experimental as well as computational results are presented in which a plasma or charged particle beam interact with the electro- magneto-static fields generated by an ASB. A theoretical model is analyzed and solved via self-consistent computational methods to determine the behavior and equilibrium conditions of a relaxed plasma. The equilibrium conditions of a relaxed two species plasma are also computed. In such a scenario, space charge based electrostatic confinement is predicted to occur where a second plasma species is confined by the space charge of the first plasma species. An experimental apparatus with cylindrical symmetry that has its interior surface lined with an ASB is presented. This system was developed by using a simulation of the electro- magneto-static fields present within the trap to guide mechanical design. The construction of the full experimental apparatus is discussed. Experimental results that show the characteristics of electron beam transmission through the experimental apparatus are presented. A description of the experimental hardware and software used for trapping a charged particle beam or plasma is also presented.

To date, the search efforts have shifted from the toxic II-VI, III-V and IV-VI semiconductors to more environmentally friendly materials. Among Group II-V semiconductors, Zn3P2 has shown to be a more benign option, similar to Group IV (Ge, Si) materials, for future applications in photovoltaics and optoelectronics. This work is dedicated to the development of wet-chemical synthetic routes of (1) Zn3P2 and (2) Group IV (Ge, Si, Si1-xGex) nanocrystals with precise control over composition, crystal structure, size and dispersity by adjusting different reaction parameters such as temperature, time and solvent composition. Different characterizations will also be employed to probe the size- and composition-dependent physical and optical properties of resulting products. The first part of this work illustrates the synthesis of luminescent Zn3P2 nanocrystals, an earth-abundant and a direct-gap semiconductor possessing high absorption coefficient and long carrier diffusion length, which uphold promising potential in many optoelectronic applications. A hot injection method by using highly reactive P and Zn precursors (P[Si(CH3)3]3 and diethyl zinc) in hexadecylamine and octadecene was developed to prepare a series of alkyl-amine-passivated tetragonal Zn3P2 crystallites with varying size sizes. Substantial blue shifts in the absorption onsets (2.11−2.73 eV) in comparison to the bulk counterpart (1.4−1.5 eV) and a clear red shift with increasing particle size indicates the quantum confinement effects. This is also consistent with the photoluminescent studies with the size-tunable maxima in the visible region (469−545 nm) as a function of growth temperature and time. The phase purity and alkyl-amine passivation of the nanocrystals were determined by structural and surface analysis, confirming the presence of N–Zn and N–P bonds on the tetragonal Zn3P2 crystallites. The second part of this works focuses on the development of a colloidal synthetic strategy of alkyl-amine capped Si1-xGex nanocrystals with control over size- and composition-dependent optical properties. Despite their high miscibility at all compositions, developing a wet-chemical synthesis of Si1-xGex alloys in the nanoscale remains a challenging task, owing to the difference of their crystallization temperatures and the high surface oxidation of Si. Thus an adapted colloidal method is utilized to fabricate single-element Ge and Si nanocrystals. Powder X-ray diffraction indicates successful production of cubic crystalline Ge and amorphous Si nanoparticles individually in oleylamine/octadecene (surfactant/solvent) mixture at 300°C. Absorption onset values of 1.28 eV and 3.11 eV are obtained for resulting Ge and Si colloids, respectively. By alloying these two materials in their nano-regime, tunable optical properties can be achieved throughout the visible to the near IR region by simply varying their elemental compositions. The success of this bandgap engineering process offers more options for new material design by taking advantage of unique properties from each component material.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da suplementação de lipídio protegido na recria em pastagens e na terminação em confinamento sobre o desempenho produtivo de tourinhos Angus x Nelore. Foram utilizados 108 tourinhos, com 14 meses de idade e peso médio inicial de 260 kg, durante seis meses em pastejo rotacionado, distribuídos ao acaso em três tratamentos: suplementação mineral, suplementação protéica-energética a 0,3% do peso vivo sem lipídio protegido e suplementação protéica-energética a 0,3% do PV com lipídio protegido. Ao final dos seis meses em pastejo os animais com média de 20 meses e 480 kg, iniciaram no confinamento e foram alocados em 12 baias, sendo que em seis baias os animais receberam dieta contendo lipídio protegido, e nas outras seis receberam dieta sem lipídio protegido e à medida que atingiram 545 kg de peso vivo foram abatidos. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, num fatorial 3x2, três diferentes estratégias de suplementação em pastagens e duas dietas em confinamento, com 18 repetições/tratamento. Não houve interação entre a inclusão ou não de lipídio protegido na dieta em pastagens e em confinamento para as variáveis consumo, desempenho e características de carcaça. Nas condições da presente pesquisa a suplementação protéica energética com ou sem adição de lipídio protegido na fase de recria em pastagem reduz a perda por resfriamento nas carcaças por proporcionar acabamento mais uniforme nas carcaças, mais evidente nos animais que não receberam lipídio protegido / Abstract: The objective of this work was to evaluate the effect of the supplementation with protected lipid during rearing in pastures and during termination in confinement on the productive performance of young Angus x Nellore bulls. 108 young bulls with age of 14 months and initial average weight of 260 Kg were used during 6 months in rotational pasture, randomly arranged into three treatments: mineral supplementation, protein-energy supplementation with 0.3% of live weight without protected lipid and protein-energy supplementation with 0.3% of live weight with protected lipid. After 6 months in pasture, animals with average of 20 months old and 480 Kg were introduced to confinement and distributed in 12 pens, being that animals from 6 pens received diet containing protected lipid and the animals from the remaining 6 pens received diet without protected lipid and were slaughtered as they reached 545 Kg of live weight. The experimental design was totally randomized in 3x2 factorial scheme, three different supplementation strategies in pastures and two diets in confinement, with 18 repetitions/treatment. There was not interaction between the inclusion or not of protected lipid in the diet in pastures and in confinement for consumption, performance and carcass characteristics variables. Under the conditions of the present study, losses by cooling decrease with protein-energy supplementation in rearing in pasture because it provides finishing more uniform on the carcasses, more evident in animals that did not receive protected fat / Orientador: Roberto Oliveira Roça / Coorientador: Marcelo Henrique de Faria / Banca: Heraldo Cesar Gonçalves / Banca: Paulo Roberto Leme / Banca:Guilherme Fernando Alleoni / Banca: Flavio Dutra de Resende / Doutor