Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La consommation énergétique lors de la phase d'exploitation des bâtiments est une des phases du secteur de la construction qui contribue le plus aux changements climatiques. Alors que les chercheurs s'efforcent de trouver des innovations pour réduire la consommation énergétique des bâtiments, les demandes du secteur de la construction pour réduire les délais de fabrication et de livraison sont réelles et doivent affecter les méthodes de construction innovantes. De ces méthodes, la préfabrication peut permettre de réduire les délais, compter sur une assurance qualité et diminuer les coûts. Néanmoins, pour maximiser la performance de l'enveloppe et la productivité sur site, le développement de méthodes de scellement aux joints des composantes préfabriqués est essentiel. En ce sens, l'objectif général de ce projet était de concevoir un joint autoscellant pour des murs en ossature bois totalement préfabriqués (MCPB) permettant d'atteindre des standards de performance énergétique élevés et d'accélérer la construction sur chantier. Les matériaux de scellement utilisés pour cette jonction ont été mis à l'essai en laboratoire et leurs performances en étanchéité à l'air ont été comparées à différents scellants. Un assemblage complet utilisant le système de jonction autoscellant a également été mis à l'essai en laboratoire et sur chantier pour évaluer ses performances en termes d'étanchéité à l'air, de comportement thermique et de vitesse d'assemblage. Ces performances ont été comparées à celles générées par un assemblage en ossature légère de bois conventionnel. Des matériaux étudiés, le ruban de butyle a montré les résultats les plus étanches à l'air, permettant à l'assemblage développé d'être plus étanche que la solution conventionnelle. Disposé adéquatement, cet assemblage permet également de limiter les perturbations thermiques lors de pression de vent. Moins rapide à l'assemblage, ce système propose néanmoins une mise en chantier de murs plus achevés que les murs préfabriqués traditionnels. Sur la totalité d'un projet de construction unifamilial, le système développé permettrait en autres de diminuer le délai de construction. Comptant sur une solution en panneau, ce système permettrait également de diminuer les coûts de transports vis-à-vis des solutions modulaires. Contribution rare à la recherche dans ce domaine, ce projet s'inscrit dans une démarche innovante de performance énergétique et d'amélioration de la productivité du secteur de la construction préfabriqué en bois. / Energy consumption during the operational phase of buildings is one of the largest contributors to climate change in the construction sector. As searchers seek to find innovations to reduce the energy consumption of buildings, the demands of the construction industry to reduce manufacturing, construction and delivery times are real and must affect innovative construction methods. Of these methods, prefabrication can help reduce time, rely on quality assurance and lower costs. Nevertheless, to maximize the envelope performance and on-site productivity, the development of sealing methods at the joints of prefabricated components is essential. In this sense, the objective of this project was to design a self-sealing joint for totally prefabricated wood-frame walls to achieve high energy performance standards and accelerate on-site construction. The sealant materials used in this joint were tested in the laboratory to compare their airtightness performance to other sealants used in construction industry. A complete assembly using the self-sealing joint system was also tested on-site and in the laboratory to evaluate its performance in terms of airtightness, thermal behavior and assembly speed. These performances were compared to those generated by a conventional light wood-frame assembly. Of the materials studied, the butyl tape showed the tightest results, allowing the developed assembly to be more airtight than the conventional solution. When properly placed, this assembly also limits thermal disturbances under wind pressure. Not as fast to assemble, this system nevertheless offers a more finished wall than traditional prefabricated light wood-frame walls. For a single-family construction project, the system developed could reduce the construction time. Relying on a panel solution, this system could also reduce transportation costs compared to modular solutions. A rare contribution to research in this field, this project is part of an innovative approach to energy performance and productivity improvement in the prefabricated wood construction sector.

L'augmentation constante du dioxyde de carbone dans l'atmosphère est considérée comme étant la cause principale du réchauffement climatique actuel. La séquestration géologique du CO2 semble être une des meilleures solutions envisageable pour réduire les rejets des gaz à effet de serre (dont le CO2) dans l'atmosphère, seulement si l'intégrité de la couverture du réservoir est préservée sur des centaines ou des milliers d'années. Des simulations expérimentales en batch ont été réalisées afin d'observer la réactivité d'une roche de couverture argileuse et d'une roche réservoir carbonatée en présence de CO2 à 80°C et 150°C pour une pression de 150 bar avec une eau équilibrée. Le protocole analytique mis en place a permis de comparer les roches avant et après expérimentation concluant à une réactivité très faible, centrée sur l'aluminium au niveau des phyllosilicates. Les analyses texturales montrent que le CO2 n'a pas d'incidence sur les propriétés d'adsorption et sur la surface spécifique. L'étude des carbonates du réservoir par la microscopie confocale a permis de mettre en évidence des phénomènes de dissolution-précipitation qui n'ont cependant pas d'impact important sur la chimie et la structure du réservoir. Les simulations numériques réalisées sur des minéraux de référence comme la montmorillonite calcique ou le clinochlore montrent une réactivité importante en présence de CO2 non atteinte expérimentalement, certainement due à des lacunes dans les bases de données thermodynamiques ou à la cinétique des réactions. Les simulations sur Bure ne montrent pas de réactivité sur les minéraux majeurs de la marne argileuse confirmant les résultats obtenus en expérimentation batch.

Le système de climatisation est aujourd'hui un équipement incontournable dans l'industrie automobile qui permet d'améliorer le confort thermique ainsi que la sécurité des passagers. Ce système de climatisation utilise un fluide frigorigène halogéné, le HFC-134a, dont les émissions contribuent au réchauffement climatique. Parmi les différents composants du système de climatisation, le compresseur a été identifié comme le composant le plus émissif et est responsable pour 50 à 60 % des émissions. Au sein du compresseur, la contribution majeure aux émissions provient du joint tournant, comme cela a été démontré dans ce travail. Les objectifs de cette thèse portent sur l'étude des principes physiques et l'analyse des résultats expérimentaux en vue d'améliorer la compréhension des mécanismes fondamentaux et les paramètres qui contribuent aux émissions du joint tournant. Deux bancs d'essais innovants ont été développés pour l'étude des émissions du joint tournant à l'arrêt ainsi qu'en fonctionnement. Les performances du joint tournant avec l'usure ont aussi été étudiées. Cette nouvelle approche a permis d'identifier le mécanisme d'étanchéité du joint tournant en rotation ainsi qu'à l'arrêt. Les résultats obtenus ont prouvé la relation entre les émissions et le régime de lubrification, auquel s'ajoute l'effet transitoire de l'huile quand l'arbre est à l'arrêt. Cette étude souligne aussi la dégradation importante de l'étanchéité du joint tournant avec l'usure, ce qui explique la forte demande de fluide frigorigène pour la maintenance et le nombre élevé de recharges effectuées sur les véhicules âgés.

Dans un contexte de raréfaction des ressources énergétiques et d'objectifs de diminution par 4 des émissions de gaz à effet de serre, le problème posé aux acteurs de l'industrie du bâtiment est d'élaborer des concepts de bâtiments à forte efficacité énergétique et de disposer des outils d'ingénierie capables de les évaluer. De nombreuses études et retours d'expériences sur des bâtiments atteignant des besoins annuels de chauffage inférieurs à 50 kWh.m-2. (incluant chauffage, climatisation, eau chaude sanitaire, éclairage et ventilation) montrent que la diminution des consommations énergétiques passe par une conception architecturale prenant en compte la compacité du bâtiment et la gestion des apports d'énergie passifs, une sur-isolation de l'enveloppe, la mise en place de free-cooling et d'une ventilation double-flux avec récupération de chaleur. Les performances de cette dernière technologie sont directement affectées par le renouvellement d'air naturel à travers les défautsd'étanchéité de l'enveloppe. Il paraît donc primordial de procéder à une évaluation plus fine de ces phénomènes. Un modèle de simulation aéraulique multizone est développé. Il permet d'évaluer les débits d'air dans le bâtiment et s'insère dans un outil d'aide à la conception thermique, COMFIE. Ce modèle est basé sur les hypothèses du mélange parfait et de la conservation de la masse pour chaque zone du bâtiment. Les débits d'air entre deux zones s'expriment en fonction de la différence de pression (causée par le vent et le tirage thermique) entre ces zones. Plusieurs sortes de connexions aérauliques sont implémentées dont les fissures, les entrées d'air et les grandes ouvertures. Le modèle aéraulique utilise les températures du modèle thermique pour qui les débits d'air sont aussi une donnée d'entrée. Les deux modèles sont donc couplés, via une méthode synchrone, jusqu'à ce qu'un critère de convergence soit atteint. Deux études de cas permettent de présenter les fonctionnalités du modèles : une opération de logement et un "concept building" de bâtiment urbain performant.

Il est communément admis aujourd'hui que le contact entre deux surfaces se compose en réalité d'une multitude de contact ponctuels entre des aspérités. Cette considération amène à une surface de contact réelle significativement différente de l'aire de contact parfaite supposée dans la théorie de Hertz.De même, elle implique également la présence d'un espace libre entre les deux surfaces en contact. Dans cette situation, l'objectif principal de ces travaux de thèse est de développer des approches numériques permettant l'analyse du contact mécanique entre surfaces rugueuses dans le but de qualifier/quantifier l'étanchéité de ce contact rugueux.Deux approches différentes sont étudiées. La première consiste à analyser le contact mécanique entre une surface rugueuse et un plan rigide au moyen de la méthode des éléments finis et d'un nouveau modèle numérique. La seconde concerne l'estimation de la transmissivité d'un contact rugueux en considérant des simulations de l'écoulement d'un fluide au sein du champ des ouvertures présent entre les deux surfaces en contact.La comparaison de ces estimations numériques avec les résultats expérimentaux révèlent des écarts importants. Dans le but de comprendre ces écarts, l'influence du modèle de comportement matériau dans de telles simulations est étudiée. La plasticité cristalline, mais également l'élévation de la température dégagée par déformation plastique seront considérés. La question de la représentativité de notre problème vis-à-vis de l'approche fluide sera également discutée.

Il est communément admis aujourd'hui que le contact entre deux surfaces se compose en réalité d'une multitude de contact ponctuels entre des aspérités. Cette considération amène à une surface de contact réelle significativement différente de l'aire de contact parfaite supposée dans la théorie de Hertz.De même, elle implique également la présence d'un espace libre entre les deux surfaces en contact. Dans cette situation, l'objectif principal de ces travaux de thèse est de développer des approches numériques permettant l'analyse du contact mécanique entre surfaces rugueuses dans le but de qualifier/quantifier l'étanchéité de ce contact rugueux.Deux approches différentes sont étudiées. La première consiste à analyser le contact mécanique entre une surface rugueuse et un plan rigide au moyen de la méthode des éléments finis et d'un nouveau modèle numérique. La seconde concerne l'estimation de la transmissivité d'un contact rugueux en considérant des simulations de l'écoulement d'un fluide au sein du champ des ouvertures présent entre les deux surfaces en contact.La comparaison de ces estimations numériques avec les résultats expérimentaux révèlent des écarts importants. Dans le but de comprendre ces écarts, l'influence du modèle de comportement matériau dans de telles simulations est étudiée. La plasticité cristalline, mais également l'élévation de la température dégagée par déformation plastique seront considérés. La question de la représentativité de notre problème vis-à-vis de l'approche fluide sera également discutée. / It is now widely accepted that the contact between two surfaces is in fact a one-to-one contact between many asperities, depending on the roughness of the contact pair. This represents a strong deviation from the perfect contact assumed in engineering approaches, with the real contact area being significantly smaller than the apparent contact area.In addition, such an approach also implies the presence of a free space between surfaces in contact. Thus, the purpose of our study is the development of numerical tools to analyse the mechanical contact between rough surfaces and the tightness of such a contact.Two different approches are studied. The first one is devoted to the observation of the mechanical contact between a rough surface and a rigid plane by means of the finite element method and a new numerical model. The second approach is related to the estimation of the contact transmissivity by considering simulations of the fluid flow in the resulting free space between surfaces in contact.The comparison between experimental and numerical estimations of the resulting flow rate shows significant deviations.In order to understand these deviations, the influence of material models on contact simulations is studied. In particular, the effect of using crystal plasticity and the effect of including plasticity-driven temperature changes are considered. The question of problem representation in fluid flow approaches is also addressed.

Objectifs : Le but de travail est d'étudier les possibles variations des propriétés physiques et chimiques en rapport avec l’usinage et les effets de l’irradiation avec des lasers CO2 et Nd:YAP. Il s’agit d’évaluer l’étanchéité de cet assemblage par micro-infiltration d’un biofilm mono bactérien par une technique FISH. Méthodes : Les tests d’évaluation ont été : la micro dureté, le cisaillement, la rugosité, la mouillabilité et l’EDS. 60 échantillons de 2 céramiques (les disilicates de Lithium et les Zircones) ont été soumises aux différents test. Pour le test d’étanchéité : Six couronnes de chacune des céramiques ont été exposées à biofilm de Streptococcus Salivarius pendant 10j. FISH a été appliquée pour marquer les infiltrations bactériennes observées en microscopie confocale. La résistance au cisaillement (p.=0,014 S) est significativement différente entre les échantillons irradiés et non irradiés. La mouillabilité superficielle partielle est bonne pour les 2 types de céramique. Les surfaces irradiées au Laser CO2 sont plus rugueuses pour les deux céramiques. La micro dureté de Li irradiée au CO2 a augmenté (6,32 GPa). Aucune élévation notable de température sur les 2 types de céramique. Le test d’étanchéité s’est avéré positif à la jonction cervicale couronne /dent. Conclusion : Les lasers CO2 et Nd: YAP modifient les forces de cisaillement et les surfaces des céramiques sans en modifier la composition chimique. L'irradiation au laser CO2 semble augmenter la résistance au cisaillement, la rugosité de la surface, la micro dureté et la mouillabilité des 2 types de céramique. L'irradiation des couronnes usinées au laser CO2 semble amélioré l’étanchéité de l’assemblage collé. / The purpose is to study the physical and chemical properties of CAD/CAM ceramics irradiated with CO2 and Nd:YAP lasers and to evaluate surface adhesion of ceramic crowns by microleakage test with a mono bacterial biofilm and a FISH technique. Methods : Evaluations tests were: Micro hardness, roughness, surface wettability, shear bond strength and EDS. 60 samples Two ceramics used: lithium disilicate and zirconia ceramics were prepared for different test. For microleakage test:Six ceramics crowns of different ceramics were contaminated with a Streptococcus salivarius biofilm for 10 d. Fluorescence in situ hybridization technique was applied samples were examined with confocal laser microscope. Results: Shear bond test showed significant difference between irradiated and non irradiated (p. value= 0,014 S). Partial superficial wettability was observed for the two ceramics. In micro hardness test, CO2 at 5 W increased micro hardness of lithium disilicate ceramics with significant value (6,32 GPa). SEM showed rough surface in all groups. EDS did not modify the chemical composition of tested ceramics. No significant rise in temperature could be recorded on both types of ceramic.The micro leakage test of a mono-bacterial biofilm was positive at the crown / tooth cervical junction. Conclusion: CO2 and Nd: YAP lasers modify CAD/CAM ceramic surfaces without chemical composition modifications. CO2 irradiation increase shear bond strength, surface roughness, micro hardness and made CAD/CAM ceramics hydrophilic. Irradiation with CO2 laser seems to improve surface adhesion and decrease bacterial microleakage.

Dans les appareils de robinetterie équipant les centrales nucléaires, l'étanchéité interne est réalisée par le contact direct entre surfaces métalliques. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'étude de fuites liquides au travers d'un contact entre deux surfaces rugueuses serrées l'une contre l'autre. Deux approches sont menées en parallèle : l'une théorique/numérique, l'autre expérimentale. Les modèles mis en place permettent de prédire les fuites à partir des textures non déformées des surfaces en contact et en fonction du serrage appliqué. Les déformations des surfaces sont tout d'abord calculées à l'aide d'un modèle semi-analytique élasto-plastique parfait. L'écoulement liquide est ensuite résolu au travers du champ d'ouverture résultant. Des modèles pour caractériser et simuler les textures rugueuses ont également été développés à partir d'une approche fractale, permettant ainsi de prédire les fuites à partir d'outils purement numériques, sans avoir recours à la mesure d'états de surfaces. Grâce à ces modèles, une corrélation a pu être établie entre les textures des surfaces et les performances du contact vis-à-vis de l'étanchéité. Pour tester les modèles mis en place, des mesures de débits de fuite au travers de contact rugueux ont de plus été effectuées. La confrontation directe entre essais et simulation a montré que les modèles surestiment les débits de fuite, en particulier à fort serrage. Une étude détaillée de la chaîne de prédiction a permis de montrer que les écarts proviennent principalement du modèle de déformation. Une modélisation prenant en compte le caractère hétérogène du matériau semble une piste intéressante pour améliorer les prédictions.

Dans les appareils de robinetterie équipant les centrales nucléaires, l'étanchéité interne est réalisée par le contact direct entre surfaces métalliques. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'étude de fuites liquides au travers d'un contact entre deux surfaces rugueuses serrées l'une contre l'autre. Deux approches sont menées en parallèle : l'une théorique/numérique, l'autre expérimentale. Les modèles mis en place permettent de prédire les fuites à partir des textures non déformées des surfaces en contact et en fonction du serrage appliqué. Les déformations des surfaces sont tout d'abord calculées à l'aide d'un modèle semi-analytique élasto-plastique parfait. L'écoulement liquide est ensuite résolu au travers du champ d'ouverture résultant. Des modèles pour caractériser et simuler les textures rugueuses ont également été développés à partir d'une approche fractale, permettant ainsi de prédire les fuites à partir d'outils purement numériques, sans avoir recours à la mesure d'états de surfaces. Grâce à ces modèles, une corrélation a pu être établie entre les textures des surfaces et les performances du contact vis-à-vis de l'étanchéité. Pour tester les modèles mis en place, des mesures de débits de fuite au travers de contact rugueux ont de plus été effectuées. La confrontation directe entre essais et simulation a montré que les modèles surestiment les débits de fuite, en particulier à fort serrage. Une étude détaillée de la chaîne de prédiction a permis de montrer que les écarts proviennent principalement du modèle de déformation. Une modélisation prenant en compte le caractère hétérogène du matériau semble une piste intéressante pour améliorer les prédictions.

Ce document présente une synthèse d'une dizaine de recherches sur les garnitures mécaniques. Ce sont des composant d'étanchéité dynamique pour arbres tournants. L'interface de l'étanchéité met en jeu de nombreux phénomènes physiques qui interagissent. Une analyse de ces différents effets et interactions est proposée