L’analyse du comportement des pieux est un problème complexe du fait de la diversité des phénomènes qui gouvernent le comportement du sol et en particulier celui se trouvant au voisinage du pieu. Ce dernier dépend particulièrement du procédé d’installation du pieu qui peut parfois engendrer des déformations de très grande amplitude dans le sol entre autre phénomènes. L’objectif de ce travail est de mettre en place un outil de modélisation pour évaluer le comportement des pieux sous chargements axiaux en développant des modèles représentant les phénomènes physiques pertinents et de les intégrer numériquement dans un logiciel aux éléments finis utilisant des algorithmes robustes et efficaces. Pour pouvoir modéliser la phase d’installation statique ou dynamique d’un pieu quelques problématiques doivent être considérées. Premièrement, étant donné que pendant l’installation d’un pieu des déformations finies (non-infinitésimal) ont lieu au niveau de l’interface, une formulation eulérienne avec un taux logarithmique des déformations a été adoptée pour prendre en compte le fait que l’hypothèse des déformations infinitésimales n’est plus valable. En plus, le modèle constitutive doit prendre en compte le comportement physique du sol lorsqu’il est soumis à des déplacements d’une magnitude élevée. Le dernier est constitué, entre autres, par le phénomène de l’écrasement des grains ce qui influence beaucoup le comportement volumique du sol et finalement sa résistance au cisaillement ou en d’autres termes le frottement mobilisé. Ce phénomène a été modélisé en introduisant une variable d’écrouissage supplémentaire au modèle de comportement élastoplastique de l’ECP. Les critères d’admissibilité thermodynamique ont été vérifiés pour le modèle constitutive original ainsi que pour le modèle révisé. Des simulations numériques ont été faites pour les deux types d’installation, monotone et pseudo-dynamique (cyclique) et les résultats ont été analysés en détail. Finalement, la dégradation de la résistance au cisaillement au niveau du fût des pieux est un phénomène typique qui se produit pendant le chargement cyclique des fondations composées par des pieux. Le modèle constitutive pour pouvoir bien reproduire ce phénomène n’est pas simple à définir car le chemin de chargement suivi par l’interface sol-pieu est très dépendant du comportement volumique du sol qui à son tours dépend de l’histoire de chargement et des conditions aux limites du problème. Une étude détaillée de toutes les composantes du comportement du pieu pendant ce type de chargement a été effectuée afin de mettre en évidence l’influence de l’histoire de chargement sur la résistance au cisaillement et l’apparition des phénomènes tels que la fatigue du frottement. / The analysis of pile behavior is a complex problem due to the diversity of the phenomena governing the soil behavior and particularly that of the neighboring soil. The objective of this work was to develop a valid modeling tool to evaluate piles’ behavior under axial loads by developing a pertinent mechanical model supported in a robust finite element program which would successfully reproduce the soil behaviour under extreme monotonic and cyclic shear strain. This is done to allow for the numerical modelling of the installation procedure of pile foundations and continued loading of high amplitude cyclic paths. In order to model the installation phase of a monotonic, jacked or dynamic pile foundation some issues must be addressed. Finite deformations take place whilst the pile is put in place requiring an adjustment in the mechanical formulation of the model at the interface level to take into account that the small deformations (rotations and strain) hypothesis is no longer valid. Moreover, the constitutive model must take into account the physical behaviour of the soil when subjected to high order of magnitude displacements. This includes the phenomenon of grain breakage, also referred to as particle crushing, which greatly influences the volumetric behaviour of soil as thus reflecting of shear stress mobilization. The elastoplastic ECP model has therefore been enhanced by introducing an internal variable taking into account the breakage mechanism. The thermodynamic admissibility criteria are verified for the original and revised constitutive models. Both monotonic and pseudo-dynamic installation procedures were numerically simulated and the results thoroughly analysed. Finally, the cyclic shear resistance degradation at the pile shaft is a commonly occurring phenomenon during continued cyclic loading of pile foundation (friction fatigue). The constitutive modelling of this phenomenon, however, is not a straightforward matter. The stress path followed by the thin layer at the soil-pile interface level is known to be directly related to the volumetric behaviour due to the boundary conditions of the problem. A comprehensive analysis of all the components of the behaviour of soil during this stage was object of study in this work.

La vidange d'un réservoir à travers un orifice a été décrite par Torricelli il y a presque 400 ans. Son modèle ne prévoit aucun effet du mouillage du fluide qui s’écoule sur la plaque percée. Cette thèse montre expérimentalement que pour un orifice de taille comparable à la longueur capillaire, pour des fluides newtoniens peu visqueux, l’effet du mouillage sur le débit est important. Un modèle calculant la variation d'énergie cinétique dans le ménisque à la sortie du trou rend compte des observations expérimentales. Une instabilité, inconnue, du jet en sortie du trou apparaît également ; l'oscillation de la ligne triple du ménisque en est la cause. Les relations de dispersion de la fréquence d’excitation et des fréquences secondaires apparaissant le long du jet ont été établies.Cette étude a été complétée par des écoulements de fluides visqueux et viscoélastiques. Pour les fluides visqueux, le modèle d’écoulement du fluide parfait est corrigé à partir de nos expériences. Pour les fluides viscoélastiques, les expériences montrent qu'il y a compétition entre les dissipations visqueuses et les effets élastiques tout le long de l'écoulement. La prédiction de ces deux effets n'est pas aisée. Nous montrons des situations où les effets élastiques prédominent, permettant à une solution de polymère de couler plus vite que de l'eau.Pour finir, un second système expérimental a été construit permettant l'écrasement de fluides complexes entre deux plaques de verre parallèles. La visualisation, la mesure de la position et de la force normale, permettent de mieux comprendre le comportement de systèmes tels que les mousses, les émulsions, les gels sous une contrainte normale. / The draining of a tank through an orifice was described by Torricelli almost 400 years ago. His model does not provide for any wetting effect of the flowing fluid on the drilled plate. This thesis shows experimentally that the effect of wetting on the flow rate is important for Newtonian fluids with low viscosity in the case of an orifice the size of which is comparable to the capillary length. A model calculating the kinetic energy variation within the meniscus at the outlet of the hole allows us to account for experimental observations. Unknown jet instability also appears at the outlet of the hole; this is the oscillation of the meniscus triple line that is causing it. The relations of dispersion of the excitation frequency as well as that of the secondary frequencies appearing along the jet have been established.This investigation was supplemented by flows of both viscous and viscoelastic fluids. For viscous fluids, the perfect fluid model is corrected based on our experiments. For viscoelastic fluids, experiments show that there is competition between viscous dissipations and elastic effects throughout the flow. The prediction of both effects is challenging. We show situations where elastic effects dominate, allowing a polymer solution to flow faster than water.Finally, a second experimental set-up was build for compressing complex fluids between two parallel glass plates. Visualization, both position and normal force measurements, allow a better understanding of the behavior under normal stress of systems such as foams, emulsions, gels.

L'avance technologique a encouragé, au cours de la dernière décennie, la fabrication et l'utilisation de nouveaux matériaux, ayant des propriétés innovantes et un comportement complexe. Leur développement a été conditionné par la nécessité d'augmenter l'efficacité de certains procédés technologiques, dans des domaines importants tels que la médecine, la fabrication de médicaments, de produits cosmétiques, de produits alimentaires, la production d'énergie, le recyclage des matériaux usagés, par exemple par l'industrie des transports dont la construction automobile. Dans le cadre de cette étude, nous nous sommes intéressés au comportement de fluides issus de ces matériaux complexes. En effet, leur développement, leur production et leur utilisation sont conditionnés par la compréhension et la modélisation de leur rhéologie, tant au niveau macroscopique que microscopique, voire même nanométrique. La rhéologie d'un fluide est implicitement déterminée par ses propriétés de viscosité, d'élasticité et de plasticité. Un grand intérêt a toujours été porté au comportement viscoélastique des matériaux, la viscoélasticité d'une matière étant la propriété à manifester simultanément un comportement rhéologique visqueux et élastique, quand elle est soumise à une déformation, en raison de l'application d'une tension. La caractérisation rhéologique d'un liquide suppose la détermination du tenseur de tension supplémentaire, présent dans l'équation de mouvement, provenant de mesures rhéométriques. L'expression de ce tenseur, qui dépend de la déformation et de la vitesse de déformation, s'appelle la relation ou loi constitutive. La détermination du comportement rhéologique des fluides, / This paper was dedicated exclusively to the rheological characterization of simple and complex fluids and a detailed analyze of available rheometric testing procedures. Throughout this thesis the rheological behavior of both simple and complex fluids has been studied and modeled in both shear and the complex motions (shear tests and squeezing tests). By linking conventional experimental test methods with numerical simulations of real flows, this thesis introduces a new concept in rheology: Computational Rheometry. All experimental investigations carried out in this study for the squeezing flows were accompanied by numerical simulations. For the oscillatory squeezing flow the influence of initial film thikness, oscillatory amplitude and frequency, computational time step was investigated by comparison with the theoretical predictions of squeeze force and a Genrealized Reynolds Equation inclued in a finite element code in Fortran. A validity domain was established for the analitical formulation of squeezing force. The constant velocity squeeze flow was investigated also using a quasi-steady approximation of the motion, which brings a significant reduction of the computational time, and a very good correlation with the transient (deformable mesh) approximation and the analytical predictions. The investigation of free surface influence on the distribution of normal force in both constant velocity and oscillatory squeeze flow was analyzed. In the case of constant velocity squeeze flow, the numerical simulations coupled with the free surface evolution and measured normal force during experimental investigations are suggesting the presence of a partial slip during the experimen

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

Le forgeage multi-matériaux est un procédé permettant la mise en forme et l’assemblage simultanés de matériaux différents. Ce procédé permet d’obtenir des pièces multi-matériaux avec le « bon matériau placé au bon endroit ». L’objectif des travaux de thèse est de définir les conditions nécessaires à l’établissement de la liaison métallurgique par forgeage à l’interface d’un couple d’aciers. Dans un premier temps, l’état de l’art a servi à l’identification les phénomènes physiques accompagnant le forgeage multi-matériaux et les paramètres clés pilotant l’établissement de la liaison métallurgique. Le principe de base de l’établissement d’une liaison passe par la fragmentation des oxydes en surface des matériaux et par l’application d’une pression de contact favorisant le contact entre les matériaux nus et la diffusion. Les deux paramètres clés identifiés sont donc la pression normale de contact et l’expansion de surface. Le protocole de caractérisation du co-forgeage mis en place comporte trois essais « simples » permettant de solliciter les interfaces avec des pressions et des expansions différentes. Ces dernières, estimées par simulation numérique de l’essai, sont mises en relation avec la qualité des liaisons obtenues évaluée, quant à elle, au travers d’observations métallographiques. Les premières simulations permettent de dimensionner les campagnes expérimentales. Celles-ci sont ensuite conduites sur les moyens de mise en forme de la plateforme VULCAIN. Les efforts de mise en forme et la géométrie globale des pièces et la répartition de matière servent de base à l’identification des paramètres de la simulation. La simulation ainsi obtenue et les observations métallographiques aux interfaces sont ensuite mises en lien. Cette démarche a permis de confirmer l’importance du rôle joué par la pression de contact et l’expansion de surface sur l’établissement d’une liaison au cours de la mise en forme du multi-matériaux. La répartition et la forme des particules d’oxydes semblent liées au chemin thermomécanique subi par l’interface. / The multi-material forging is a forming process allowing, simultaneously, the welding and shaping of multi-material parts with the right material at the right place. The purpose of the presented work is to identify the necessary conditions to obtain a metallurgical bond during forming between two different grades of steel. First, the state of the art allowed the identification of the physical phenomena occurring during multi-material forging and the determination of the key parameters of the bonding which are the contact pressure and the surface expansion at the both sides of the interface. The mechanisms to establish metallurgical bond by forging are based on the breaking and the dispersion of the oxide layer at the interface then the extrusion of the soft material through the voids generated between the oxide fragments. Second, the characterization methodology of this work is presented. It consists of three “simple” forming tests leading to different interface conditions (contact pressure and surface expansion). The first simulations allow the design of the experimental plan for each test. The comparison between simulations and experiments allows the identification of physical parameters of the simulation. Then, the contact pressure and the surface expansion of the identified simulations are used to analyze the metallographic structure and the bonding at the interface.The developed work confirms the major effect of the contact pressure and the surface expansion on the establishment of a metallurgical bond during multi-material forming. The size and the shape of the oxide particles seem to depend on the thermomechanical path at the interface.

Les nerfs périphériques sont sujets à de nombreuses pathologies et l’étiologie des neuropathies périphériques (NP) est vaste (troubles métaboliques, infections, toxines, blessures physiques et mutations génétiques, ect.). Par exemple, les NP d’origine traumatique sont courantes et sont caractérisées par une dégénérescence dite Wallérienne des fibres nerveuses. Autre exemple, la maladie de Charcot-Marie-Tooth 1A (CMT1A) qui est la NP génétique héréditaire la plus fréquente. Elle est caractérisée par une surexpression de la protéine PMP22 impliquée dans le maintien de la gaine de myéline. Actuellement, il n’existe pas de traitement pharmacologique de ces deux affections des nerfs. Récemment, l’intérêt pour le rôle des antioxydants alimentaires, tels que la curcumine, a suscité de nombreuses recherches. Cette molécule est depuis longtemps utilisée en médecine asiatique pour ces propriétés thérapeutiques. Cependant, elle possède une très faible biodisponibilité et nécessite donc l’emploi de doses très élevées pour obtenir des effets bénéfiques. Dans une première étude, nos résultats ont montré que des faibles doses de curcumine administrées localement et en continu, améliorent la récupération fonctionnelle, les paramètres électrophysiologiques et histologiques, et l’expression des principales protéines de la myéline dans un modèle d’écrasement du nerf sciatique chez le rat. Ces effets bénéfiques ont été attribués aux propriétés antioxydantes de la curcumine. Dans une seconde étude, nos résultats ont montré qu’une faible dose de nanocristaux de curcumine (Nano-Cur), injectée en IP, améliorent le phénotype, les paramètres électrophysiologiques et histologiques dans un modèle transgénique de rat CMT1A. Dans cette étude, les effets positifs ont été attribués aux propriétés antioxydantes des Nano-Cur, couplés à l’activation de la voie de dégradation associée au réticulum endoplasmique, permettant la réduction de la surexpression nocive de PMP22 chez les rats CMT1A. L'ensemble de ces résultats démontrent que, l’administration de faibles doses de curcumine constitue un traitement prometteur dans la réparation des nerfs périphériques. / Peripheral nerves are subject to many pathologies and the etiology of peripheral neuropathies (PN) is vast (metabolic disorders, infections, toxins, physical injuries and genetic mutations, etc.). For example, PN of traumatic origin are common and are characterized by a called Wallerian degeneration of nerve fibres. Another example is Charcot-Marie-Tooth disease 1A (CMT1A), which is the most common hereditary genetic PN. It is characterized by an overexpression of the PMP22 protein involved in maintaining the myelin sheath. Currently, there is no pharmacological treatment for these two nerve disorders. Recently, interest in the role of dietary antioxidants, such as curcumin, has led to much research. This molecule has long been used in Asian medicine for its therapeutic properties. However, it has a very low bioavailability and therefore requires the use of very high doses to obtain beneficial effects. In a first study, our results showed that low doses of curcumin administered locally and continuously improve functional recovery, electrophysiological and histological parameters, and expression of major myelin proteins in a rat sciatic nerve crush model. These beneficial effects have been attributed to the antioxidant properties of curcumin. In a second study, our results showed that a low dose of curcumin nanocrystals (Nano-Cur), injected in IP, improves phenotype, electrophysiological and histological parameters in a transgenic model of CMT1A rats. In this study, the positive effects were attributed to the antioxidant properties of the Nano-cur, coupled with the activation of the endoplasmic reticulum associated degradation pathway, allowing the reduction of harmful overexpression of PMP22 in CMT1A rats. All these results show that the administration of low doses of curcumin is a promising treatment for peripheral nerve repair

Introduction: Les implants dans le système nerveux périphérique (SNP) peuvent potentiellement restaurer les capacités sensorielles et motrices chez les patients avec des amputations des membres supérieures. Cependant, la réaction à un corps étrangers affecte significativement la fonction à long-terme et la biocompatibilité de ces systèmes avec le temps. Le dendrimère (DND) et la Poly-D-Lysine (PDL) sont deux polymères synthétiques qui peuvent potentiellement améliorer la performance de ces implants. Pour cette étude, notre objectif est de déterminer si ces polymères peuvent promouvoir la formation d’éléments présynaptiques sur des surfaces synthétiques in vivo dans un modèle animal. Méthodes: Pour l’étude in vivo, nous avons utilisé un modèle d’écrasement du nerf sciatique chez le rat. Des billes enduites de DND et PDL et contrôle ont été injectées dans le nerf sciatique aux sites d’écrasement et 5 mm distaux au site d’écrasement. Après 4, 6 et 8 semaines, les nerfs ont été retirés et marqués avec des anticorps spécifiques au neurofilament et à la synaptophysine. Nous avons ensuite compté le nombre d’éléments présynaptiques retrouvant sur la surface de chaque bille pour toutes les conditions. Pour l’étude de l’électrode, deux électrodes ont été implantées dans le nerf sciatique du rat. Nous avons ensuite effectué des enregistrements nerveux à chaque semaine, et le potentiel d’action dans le nerf a été mesuré en variant uniquement la largeur de l’impulsion. Résultats: L’étude in vivo a démontré que les billes enduites de DND pouvaient promouvoir une accumulation significative de synaptophysine sur leurs surfaces comparé aux billes contrôles de 4 à 8 semaines. À 4 semaines, les billes dans la condition DND avaient également une accumulation de synaptophysine significativement supérieure à celles dans la condition PDL pour le site distal à l’écrasement. L’étude de l’électrode a démontré que les deux électrodes pouvaient stimuler et acquérir des signaux nerveux du nerf sciatique jusqu’à 1 et 2 semaines respectivement avant de ne plus fonctionner. Conclusion: Les résultats de notre étude suggèrent que DND possède une propriété à promouvoir la synaptogenèse qui est supérieure à PDL in vivo et que notre modèle d’électrode peut être utilisé pour évaluer la stabilité du signal des implants SNP. / Background: Implants in the peripheral nervous system (PNS) can potentially restore sensory feedback, improve motor control and alleviate phantom-limb pain in upper-limb amputees. However, nervous system implants have poor long-term function and biocompatibility when implanted into the body due to foreign body reaction. Dendrimer (DND) and Poly-D-Lysine (PDL) are two synthetic polymers with properties that could improve the performance of these interfaces. In my masters’ research, my objective is to determine whether these synthetic polymers could promote the formation of presynaptic elements on artificial surfaces in vivo making intraneural implants more biocompatible and long-lasting. Methods: In the coated microsphere in vivo experiment, a nerve crush injury model in the rat was used for the study. PDL-coated, DND-coated and uncoated beads were injected into the rat sciatic nerve at the crush site and 5 mm distal to the crush site. The nerves were then harvested after 4, 6 and 8 weeks and stained for neurofilament and synaptophysin. Synaptophysin puncta were then counted on the bead surface for each group. Additionally, in a proof-of-concept experiment, two uncoated electrodes were implanted into the rat sciatic nerve. Nerve recordings were then performed every week, and the threshold nerve potential in the sciatic nerve was measured by only varying the pulse duration of the stimulation. Results: The coated microsphere in vivo experiment demonstrated that DND-coated microspheres had a significantly higher number of synaptophysin puncta around their surface from 4 to 8 weeks compared to uncoated beads. At 4 weeks, the DND condition also showed a significantly higher number of synaptophysin puncta around its microbeads vs. the PDL condition for the distal site. In the uncoated electrode in vivo experiment, the results showed that the two implants could stimulate and record threshold nerve potentials in the rat sciatic nerve for one week and two weeks respectively before being non-functional. Conclusion: Our study showed for the first time that DND has a stable synapse-promoting property that is superior to PDL in vivo and that our electrode design can be used to assess the long-term signal stability of peripheral nerve implants.