Titre de l'écran-titre (visionné le 27 février 2024) / Dans cette étude, l'effet de la force de cisaillement mécanique (FCM) sur les propriétés fonctionnelles des fibres alimentaires a été évalué. Quinze fibres alimentaires (F1-F15) ont été caractérisées en termes de couleur, de densité apparente, de porosité, de solubilité, d'activité d'émulsion, de capacite d'absorption d'huile (CAH), d'échange de cations (CEC) et de capacité de gonflement (CG). Des suspensions de fibres (2% p/p) ont été soumises á la FCM (7500 rpm, 10 min) et comparées á un échantillon traité par agitation magnétique (contrôle). De plus, les propriétés fonctionnelles telles que la capacité d'absorption d'eau (CAE), la CEC, la viscosité et l'activité antioxydante DPPH ont été déterminées. Parmi les différentes fibres alimentaires, F1, F2, F3 et F4 ont montré un grand potentiel dans la CAH en raison d'une porosité plus élevée. Le traitement FCM a induit une perturbation et une défibrillation des fibres avec des modifications structurelles et technologiques. En particulier, les fibres F8, F9 et F10 ont montré une amélioration de la capacité d'absorption d'eau (CAE), de la viscosité et de la stabilité, ce qui leurs confère le statut d'indigent potentiel pour prévenir la synérèse et améliorer la texture dans les formulations alimentaires. Les changements observés ont été attribués á la rupture de la structure des fibres sous l'effet de la FCM qui pourrait augmenter la surface spécifique et la capacité d'absorption, conduisant á des produits physiquement stables. La modification structurelle des fibres a également été associée á une augmentation de la conductivité électrique (CE), qui peut pourrait être attribuée á la libération d'ions á partir des parois cellulaires des fibres. Cependant, la modification induite par la FCM différait selon le type de fibres alimentaires. Ces résultats pourraient être utiles pour sélectionner des fibres appropriées comme ingrédients naturels et sains pour la fabrication d'aliments fonctionnels innovants, répondant aux besoins et aux tendances du marché / In this study, the effect of the mechanical shear force (MSF) on the functional properties of dietary fibers wasassessed. Fifteen dietary fibers were characterized in terms of color, bulk density, porosity, emulsion activity, oilholding capacity (OHC), cation exchange (CEC), and swelling capacity (SC). Fiber suspensions (2% w/w) weresubjected to MSF (7500 rpm, 10 min) and compared with a sample treated with magnetic stirring (control). ThepH, electrical conductivity (EC), particle size, water solubility index (WSI), and stability of the suspensions weremeasured. Moreover, functional properties such as water holding capacity (WHC), CEC, viscosity, and DPPHantioxidant activity were determined. Among different dietary fibers, F1, F2, F3, and F4 exhibited a great potentialof OHC due to higher porosity. MSF induced disruption and defibrillation of fibers with structural and technologicalmodification. In particular, F8, F9, and F10 showed enhanced WHC, viscosity, and stability, which makes thempromising ingredients to prevent syneresis and improve texture in food formulations. The observed changes wereattributed to the breakage of fiber structure upon the mechanical shear force which could increase specific surfacearea and absorption capacity, leading to physically stable and homogenous products. The structural modificationof fibers was also associated with increased EC, which could be attributed to the release of ions from fiber cellwalls. The improvement of antioxidant capacity and CEC were also observed after MSF. However, MSF-inducedmodification differed depending on the type of dietary fibers. These findings could be useful to select suitablefiber as natural and healthy ingredients to manufacture innovative functional foods, meeting market needs andtrends.

Cette thèse contribue à la compréhension du comportement en fatigue des thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes. Deux différents matériaux sont étudiés : Un mélange de polybutylène téréphtalate et polyéthylène téréphtalate (PBT+PET GF30) et un polyamide 66 (PA66 GF35). Les enjeux scientifiques de la thèse concernent les chargements multiaxiaux, l'influence de la contrainte moyenne et l'orientation de fibres sur la tenue en fatigue. En outre, les mécanismes de rupture sont abordés au travers de techniques dédiées et ciblées ce qui a permis de proposer un scénario de rupture en fatigue pour le PBT+PET GF30. L'enjeu industriel est de développer un outil de dimensionnement en fatigue. Afin de répondre à ces objectifs, des essais de fatigue sont effectués dans le domaine de la durée de vie limitée (103-106 cycles) et à amplitude constante pour les rapports de charge de R=0,1 et R=-1. L'effet de l'orientation de fibres est étudié sur la base d'essais à différentes orientations en traction ainsi qu'en cisaillement sur des éprouvettes plates. Des chargements multiaxiaux sont appliqués à des éprouvettes tubulaires afin d'évaluer la tenue en fatigue multiaxiale. Dans le but de réduire le nombre d'essais d'identification tout en conservant les effets à décrire (triaxialité, rapport de charge et orientation), un nouveau critère est proposé. L'effet de l'orientation des fibres est simulé en utilisant l'approche de Mori Tanaka afin de calculer les contraintes moyennées. Le critère est implanté dans une chaîne de calcul allant de la mise en œuvre jusqu'à la durée de vie et il est validé sur deux matériaux et une large base de donnée expérimentale.

Le haut rapport résistance/poids de l’aluminium, son extrudabilité et sa grande résistance à la corrosion rendent ce matériau prometteur dans un système de pont durable et performant où un platelage alvéolé en aluminium repose sur des poutres en acier. Il est avantageux de développer l’action composite entre le platelage et les poutres, mais plusieurs défis entravent l’atteinte de l’action composite, assurée par des assemblages boulonnés antiglissement. Leur conception doit tenir compte de : la corrosion galvanique, du coefficient de frottement de l’interface acier-aluminium, du coefficient de dilatation thermique double de l’aluminium en comparaison avec celui de l’acier et des défis liés à l’installation des connecteurs en cisaillement. Un programme expérimental a été élaboré pour évaluer la performance des connecteurs en cisaillement mécanique ponctuel identifiés. L’alliage d’aluminium 6063-T6, les boulons ASTM F3125 grade A325 et F1852 ainsi que les boulons aveugles Oneside et Ultra-Twist des fabricants Ajax et Huck ont été mis à l’essai. Les essais de glissement à court terme démontrent que le coefficient de frottement et la rigidité de l’assemblage augmentent lorsque l’épaisseur des plaques en aluminium augmente et que, en contact avec de l’aluminium grenaillé, l’acier métallisé offre une meilleure résistance au glissement et une plus grande rigidité que l’acier galvanisé. La relaxation par glissement a causé une diminution systématique et significative de la charge de précontrainte. La charge de précontrainte initiale moyenne de chacun des connecteurs est suffisante, mais celle des boulons aveugles démontre une variabilité élevée. La relaxation s’apparente à celle des assemblages entièrement galvanisés et le resserrage est efficace pour la diminuer. Les cycles de température causent une perte cumulative de la charge de précontrainte et celle-ci est aussi diminuée par une baisse de température. Pour finir, la résistance au glissement estimée après 75 ans et à -47°C est largement supérieure que celle de conception. / Aluminium’s high strength to weight ratio, coupled with its extrudability and high corrosion resistance makes it very promising in a durable and efficient bridge concept, where an aluminium honeycombed-deck rests on steel girders. It is advantageous to develop a composite behavior between the multicellular aluminium deck and the steel girders, but many challenges hinder the composite behavior, developed by slip critical bolted connections. Indeed, the design of such connectors need to take into account: galvanic corrosion, the slip factor at the faying surface between steel and aluminium, the thermal expansion factor of aluminium, which is twice that of steel, and the installation challenges of the shear connectors. An experimental program was drafted to evaluate the performance of the identified shear connectors. The 6063-T6 aluminium alloy, the ASTM F3125 grade A325 and F1852 bolts as well as two blind bolts, Ajax’s Oneside and Huck’s Ultra-Twist, were tested. The short-term slip tests reveal that the slip factor and the joint rigidity increase when thicker aluminium plates are used, and that, in contact with sandblasted aluminium, metallized steel yields a higher slip factor and joint rigidity then hot-dip galvanized steel. Relaxation induced by slip caused a systematic and significant decrease of the bolt preload during slip. The achieved initial bolt preload of the identified shear connectors is appropriate, but the standard deviation of the blind bolts is high. The measured relaxation is similar to that of an all hot-dip galvanized steel joints and retightening the bolts is an efficient method to reduce it. Temperature cycles yield acumulative loss of the bolt preload and a decrease in temperature yields a direct reduction of the bolt preload. Finally, the slip resistance estimated at 75 years and at -47°C is largely superior to the design slip resistance.

Ce projet de maîtrise porte sur le développement d’un nouvel appareil de cisaillement annulaire permettant de cisailler un échantillon d’argile sensible intact jusqu’à de grandes déformations dans des conditions équivalentes à celle d’un essai non-drainé, soit par cisaillement à volume constant. Plusieurs essais ont été réalisés avec cet appareil sur des échantillons intacts d’argile sensible prélevés avec un échantillonneur de grand diamètre sur le site de l’étalement de Saint-Jude, survenu 10 mai 2010. Les résultats de ces essais témoignent du bon fonctionnement de l’appareil. Pour des fins de comparaison, des essais de compression triaxiale et de cisaillement simple ont aussi été réalisés sur des échantillons du même sol. L’ensemble des résultats a permis de démontrer qu’en plus d’être le plus approprié des trois types d’essai de cisaillement réalisés pour caractériser adéquatement la résistance au cisaillement à grandes déformations des argiles, l’essai de cisaillement annulaire est le seul à permettre l’atteinte de la résistance au cisaillement résiduelle. / This study is about the development of a new ring shear apparatus which is able to shear an undisturbed sensitive clay sample at large strains in test conditions equivalent to an undrained test, by the mean of a constant volume test. A series of tests were realised on samples of undisturbed sensitive clay cored with a large diameter sampler on the site of the Saint-Jude spread that occurred on May 10th 2010. The results of those tests show that the apparatus is working properly. The results are compared with results of triaxial compression test and direct simple shear test realised on samples from the same soil. The outcome of the comparison is that the ring shear test is the better of the three types of test to characterise properly the shear strength at large strains of the clays. It is also the only one of the three types of test that is able to reach the residual shear strength.

L'étude expérimentale développée dans ce travail s'articule autour de deux phases principales. La première est la conception d'un système nanocomposite dont les éléments constituants ont été choisis judicieusement en vue d'améliorer ses performances. Le système proposé appartient à la famille des matériaux nanocomposites. Ce système est constitué d'une matrice polymère renforcée par des éléments argileux. Une étude expérimentale a été menée afin d'optimiser le choix de la matrice polymère. En effet, il a été trouvé démontré que lorsque le PDMS est greffé par des radicaux époxydes, sa compatibilité avec la Cloisite C30B devient nettement meilleure. Au niveau de cette même phase, une autre étude expérimentale a été entreprise afin de suivre l'évolution de la structure du mélange en fonction du taux de renfort. En effet, un taux de 2% de la C30B a été jugé approprié pour améliorer les performances du système étudié. Cette première phase du projet a donc abouti à la conception d'un système nanocomposite dit PDMS-Epoxyde/2%C30B. La deuxième phase du présent travail porte sur l'évaluation de l'effet des différents facteurs de cisaillement sur les phénomènes de dispersion-distribution des nanoparticules de Cloisite C30B au sein su polydiméthylsiloxane-epoxyde. Trois facteurs ont été retenus pour cette étude. Le premier étant l'effet du taux de cisaillement "la contrainte de cisaillement" sur l'efficacité du processus d'exfoliation des nanoparticules d'argile dans la matrice polymère. Selon les résultats obtenus, un taux de cisaillement adéquat favorise F intercalation et l'exfoliation mais à un degré assez limité. Cependant, sous l'effet de la déformation, il a été démontré que la qualité de la dispersion /distribution des lamelles d'argile dans la matrice polymère est meilleure que celle obtenue dans le premier cas. Le dernier élément de l'étude expérimentale développée dans le cadre de cette thèse stipule que l'effet de la diffusion moléculaire des chaînes du polymère sur la dispersion-distribution des lamelles d'argile d'une façon individuelle au sein du volume matriciel, sans apport du cisaillement, permet également d'atteindre un niveau avancé d'exfoliation-percolation.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Ce projet de recherche s'inscrit dans la problématique de l'évolution et: de l'amélioration constante des normes de calcul des charpentes d'acier. L'amélioration constante des matériaux et l'apparition d'outils informatiques contribuent également à la désuétude de certains concepts utilisés dans l'élaboration d'équations normatives. Deux des principaux objectifs poursuivis par cette recherche sont de proposer de nouvelles règles de conception sur des sujets non traités dans les normes et de suggérer des révisions aux règles de calcul existantes pour tenir compte des résultats de recherche. Le projet consiste donc à comparer les règles de calcul des éléments d'une charpente d'acier proposées dans quatre normes, soit la norme canadienne (S 16-2001), la norme américaine (LRFD-2005), la norme européenne (Eurocode 3-2003) et la norme australienne (AS 4100-1998). Plus précisément, le sujet de ce mémoire porte sur le décalage en cisaillement, aussi connu sous le nom de « shear lag » ou encore « traînée de cisaillement ». Ce phénomène est plus particulièrement présent dans les assemblages, boulonnés ou soudés, où les pièces assemblées possèdent des parois non directement reliées aux pièces de transfert. Ces travaux font suite aux travaux de comparaison déjà effectués par d'autres étudiants notamment au niveau des poteaux mixtes ou encore des poutres mixtes (dalle de béton fixée à une poutre d'acier). À l'aide d'exemples de calcul et de modélisation assistée par ordinateur, la comparaison des nonnes permet de mettre en relief les différences et les ressemblances entre les équations normatives et de faciliter l'interprétation et l'intégration des résultats expérimentaux dans celles-ci. Il s'agit alors d'expliquer les divergences, de déterminer si elles sont significatives et de suggérer des modifications ou des ajouts aux normes existantes, le cas échéant. / The problematic of this research project concerns the constant renewal and improvement of standards for the design of steel structures. Two of the main goals of this research are to propose new design clauses on subject that have not yet been dealt with in standards and to suggest revisions to existing design clauses to take into account the research results. The project consists in comparing the design clauses of elements of a steel frame proposed in four standards, the Canadian standard (S 16-2001), the American standard (LRFD-2005), the European standard (Eurocode 3-2003) and the Australian standard (ACE 4100-1998). More precisely, this thesis deals with shear lag, a phenomenon that occurs in bolted and welded connections when bolts or welds transmit load to some but not ail of the cross-sectional elements. This thesis follows other comparisons already carried out by other students, for instance on composite beams and column. Using design examples and computer modeling, the comparison of the standards allows highlighting differences or convergence between code equations and in the interpretation of the experimental results. Then, divergences are explained if they are significant and improvements or additions to the existing clauses are suggested, if necessary.

La résolution d'un problème d'interaction gravier-enrobé bitumineux dans les barrages en remblai avec des noyaux bitumineux nécessite la connaissance du comportement des interfaces entre ces deux matériaux. Ce travail constitue une contribution dans ce sens. Des échantillons ont été confectionnés dans le laboratoire en utilisant des pierres concassées dont la granulométrie est médiane et un enrobé bitumineux caractéristique de la Romaine 2. L’appareil de cisaillement direct a été utilisé pour réaliser les essais sur ces échantillons sous une contrainte normale constante. En plus de l’effet de la contrainte normale appliqué, les influences de différents paramètres tels que la température, la vitesse de cisaillement et le pourcentage de bitume de l’interface ont été explorés. La conclusion majeure que l’on peut tirer de ces essais est que le comportement de l’interface susmentionnée est dominé par l’enrobé bitumineux et que l’enveloppe de rupture de cette interface, dans des conditions de vitesse de cisaillement très faible ou de température très élevée, passerait par l’origine et ayant un angle de frottement égal à 38.7°. Mots clés Interface; gravier-enrobé bitumineux ; Cisaillement direct ; vitesse de cisaillement ; température; enveloppe de rupture; barrage en remblai avec de noyau bitumineux. / The resolution of the problem of interaction gravel-asphalt in embankment dams with bituminous cores requires the knowledge of interfaces behavior between these two materials. This work is a contribution in this direction. Specimens were made in the laboratory using crushed stones owing a median particle size distribution and a characteristic asphalt of the Romaine 2. The direct shear device was used to perform the tests on these samples under a constant normal stress. In addition to the effect of applied normal stress, the influences of various parameters such as temperature, shear rate and the percentage of bitumen in the interface were explored. The major conclusion that can be drawn from these tests is that the behavior of the aforementioned interface is dominated by the asphalt and the failure envelope of this interface in conditions of very low shear rate or very high temperature, passes through the origin with a friction angle equal to 38.7 °. Keywords Interface; gravel-asphalt; direct shear; shear rate; temperature; failure envelope; ACRD.

La dégradation des infrastructures routières en béton armé est un sujet préoccupant pour des organismes de gestion des ouvrages d’art comme le Ministère des Transports du Québec (MTQ). En effet, la croissance des charges et du volume de trafic routier combinée à l’exposition d’agents agressifs a mené à un vieillissement accéléré de certaines structures. En parallèle, les connaissances nouvelles dans le domaine des mécanismes de résistance, notamment l’effet d’échelle en cisaillement, questionnent la capacité de plusieurs structures à reprendre les charges dont les ponts à dalle épaisse sans armature de cisaillement. L’effondrement du viaduc de la Concorde en 2006, constitué en partie de dalles épaisses sans armature de cisaillement, a mis en évidence la nécessité de mettre en place et développer des techniques de renforcement en cisaillement adaptées à ce type de structure. Une méthode a été étudiée à l’Université Laval qui consistait à introduire des barres d’armature verticales enduites d’époxy dans des trous percés depuis la face supérieure de la structure. Le projet actuel pousse plus loin l’expérience en étudiant un espacement longitudinal différent et en incluant diverses méthodes d’ancrage pour les barres verticales. Pour réaliser cette étude, cinq tranches de dalle de géométrie identique ont été construites. Chacune de celles-ci ont ensuite été renforcées selon les diverses techniques. L’ensemble des corps d’épreuve a été soumis à des essais de flexion en trois points pour déterminer le comportement sous sollicitation en cisaillement. Parallèlement, des tests d’arrachement ont été effectués pour caractériser l’ancrage chimique époxydique utilisé. Les résultats montrent que, parmi les méthodes de renforcement étudiées, les deux méthodes nécessitant un perçage depuis la face inférieure des corps d’épreuve sont trop complexes à mettre en place en comparaison au gain de résistance obtenu. Également, on conclut que les ancrages mécaniques sont moins performants que les ancrages chimiques. Plus encore, avec un espacement longitudinal adéquat, l’utilisation de barres enduites d’époxy insérées depuis la face supérieure d’une dalle engendre un comportement structural similaire à celui d’une dalle avec des étriers standards conformes à la norme en vigueur (CAN/CSA-S6-06, 2006). La dispersion des fissures et la réserve de capacité suite à la rupture montrent que cette méthode a beaucoup de potentiel. / The degradation of concrete infrastructure is a major concern for organizations such as the Ministère des Transports du Québec (MTQ) which is managing a large network of bridges and transport infrastructure. In recent decades, growth in loads and volume of traffic combined with exposure to aggressive agents caused a rapid deterioration of some of these structures. In parallel, the knowledge in the field of resistance mechanisms, including the scale effect in shear, question the capacity of several structures, such as thick slab bridges without shear reinforcement, to handle traffic loadings. The collapse of the Concorde overpass in 2006, initiated at a thick slab portion without shear reinforcement, highlighted the need to develop a strengthening technique for shear for this type of structure when appropriate. A method was tested at Laval University where vertical reinforcing bars coated with epoxy where inserted in holes drilled from the top face of the structure. The current project furthers the experience by studying a different longitudinal spacing including various methods for anchoring the vertical bars. For this study, five slices of slab with identical geometry were built. Each of these slabs was then reinforced by the various techniques studied. The set of test bodies were loaded in a three-point bending set up to determine the behavior under shear. Meanwhile, pull-out tests were performed to characterize the chemical epoxy anchor used. The results show that both methods requiring drilling from the underside of the slabs tested are too cumbersome to be implemented relative to the resistance gain obtained. Also, the study showed that mechanical anchors are less efficient than chemical anchors. More so, it was found that with an adequate longitudinal spacing, epoxy coated bars inserted from the slab top surface provided a slab behavior similar to the one with stirrups in accordance with the relevant standard (CAN/CSA-S6-06, 2006). The dispersion of cracks and observed reserve capacity following the failure shows that this method has great potential.

Le phénomène des glissements de terrain superficiels est jusqu'à maintenant malcompris. Cependant, les pluies diluviennes du Saguenay en juillet 1996 qui déclenchèrent plus d'un millier de glissements de ce type-là et provoquèrent de lourds dégâts ont attiré l'attention sur ce phénomène. Le ministère des transports du Québec et le département de génie géologique de l'Université Laval ont déjà mené plusieurs études sur ce sujet. Afin d'améliorer les connaissances déjà acquises, cette étude a pour but de réaliser la caractérisation mécanique de la croûte argileuse de Maskinongé et de déterminer l'influence du degré de fissuration sur la résistance de cette argile. Pour cela un programme en laboratoire a été défini sur des échantillons provenant de ce site permettant de déterminer les différents paramètres d'états et d'observer le comportement de ce matériau dans une cellule soumis à différents états de contraintes. L'analyse des données acquises a permis de mettre en évidence un certain nombre de remarques concernant l'enveloppe de rupture de l'argile de Maskinongé selon qu'il soit dans un état intact ou fissuré. De plus, des essais de cisaillement à contrainte déviatorique constante ont permis d'observer l'influence du cheminement de contrainte sur l'enveloppe de rupture.

La gestion des infrastructures routières en béton armé pose un problème important en Amérique du Nord. En effet, en plus de la dégradation des ouvrages causée par le vieillissement usuel (effet mécanique et exposition aux agents agressifs), la croissance des charges et du volume du trafic routier depuis la conception de ces ouvrages a entrainé une accélération de cette dégradation. Qui plus est, l'intégration récente dans les équations de calcul de résistance de certains mécanismes, notamment l'effet d'échelle en cisaillement amène des interrogations sur la capacité en cisaillement de certains types d'ouvrages, notamment les dalles épaisses sans armature de cisaillement. Suite à l'effondrement du Viaduc de la Concorde en 2006, une structure à dalle épaisse sans armature de cisaillement, le Ministère des Transports du Québec (MTQ), conjointement avec l'Université Laval, a entrepris une étude sur le renforcement en cisaillement de dalles épaisses (sans armature de cisaillement). La méthode étudiée consiste à insérer des barres d'armature crénelées dans des trous verticaux préalablement injectés d'époxy et percés à partir de la face supérieure des dalles. Pour réaliser cette étude, trois groupes de dalles de geometries différentes ont été confectionnés. La moitié de ces dalles a alors été renforcée avec la méthode décrite précédemment tandis que les autres dalles agissaient à titre de dalles témoins. L'ensemble des dalles a ensuite été soumis à des essais de flexion en trois points pour en déterminer le comportement sous sollicitation en cisaillement. Les résultats obtenus démontrent qu'un renforcement en cisaillement à l'aide de barres d'armature droites permet d'augmenter la charge et la flèche atteinte à l'ultime. Un tel renforcement permet aussi d'observer des fissures de cisaillement à une charge bien inférieure à la charge ultime, ce qui n'est pas le cas pour les dalles non renforcées, dont la rupture en cisaillement survient dès l'apparition d'une fissure de cisaillement. L'étude des dalles ainsi renforcées permet également d'observer un comportement post-pic beaucoup plus fragile que celui rencontré pour des dalles renforcées de façon usuelle en cisaillement avec des étriers fermés conventionnels.