Les travaux de sous-solage qui améliorent le drainage interne et décompactent des horizons rendus pratiquement imperméables par la compaction profonde seraient bénéfiques aux sols de faible perméabilité. Le sous-solage profond exécuté perpendiculairement aux drains avec un bélier (bulldozer) pourrait être plus efficace pour temporairement améliorer le drainage de ces sols qu’une sous-soleuse conventionnelle attelée à un tracteur et opérée en mode parallèle aux drains. Toutefois, les aménagements réalisés pour améliorer le drainage de surface et interne de ces sols rendent complexe l’évaluation de ces pratiques en dispositif expérimental. L’objectif principal de ce projet était de comparer les forêts d’arbres décisionnelles (FAD) à la régression linéaire multiple (RLM) pour détecter les effets du sous-solage et des systèmes de drainage souterrain et de surface sur la hauteur des plants et la profondeur moyenne de la nappe durant la saison de croissance. Un essai de sous solage a été réalisé à l’automne 2014, dans une argilelimoneuse Kamouraska naturellement mal drainée, remodelée en planches arrondies et souffrant de compaction importante. L’essai comparait un témoin sans sous-solage à quatre traitements de sous-solage, soit une sous-soleuse sur bélier ou sur tracteur, opérées parallèlement ou perpendiculairement aux drains. Chaque traitement a été répété trois fois et disposé aléatoirement en autant de blocs. Au printemps 2016, 198 puits ont été creusés à 60 cm de profondeur pour enregistrer la profondeur de la nappe sous chaque traitement entre juin et juillet 2016. La photogrammétrie a été utilisée pour estimer la hauteur des plants de maïs. Les FAD et la RLM permettent de détecter les principaux facteurs affectant la hauteur des plants de maïs et la profondeur moyenne de la nappe, soit les aménagements antérieurs pour améliorer le drainage interne et le drainage de surface des sols. Les coefficients de détermination obtenus avec les FAD (R2 ≥ 0,94) étaient toutefois plus élevés que ceux obtenus avec la RLM (R2 ≥ 0,28). Aucun traitement de sous-solage n’a amélioré significativement le drainage interne ni la hauteur des plants de maïs par rapport au témoin sans sous-solage. Les FAD permettent en outre de mieux visualiser les relations non linéaires entre les variables prédites et les autres variables, notamment la position sur la planche et la distance aux drains souterrains, et finalement de déterminer les distances aux drains souterrains optimales (< 2 m) et critiques (> 4 m), la distance optimale à la raie de curage (> 8 m) et la profondeur moyenne critique de la nappe (< 0,25 m). Les FAD permettent ainsi de prédire la hauteur des plants de maïs et la profondeur moyenne de la nappe avec une plus grande précision qu’avec la RLM.

Une revue bibliographique présente le problème de l'érosion et les études antérieures. Une campagne d'essais est menée à l'aide de deux érodimètres (JET/HET) sur un ensemble de sols naturels, compactés suivant le protocole Proctor. L'interprétation des essais est effectuée avec les méthodes de la littérature. Les paramètres obtenus dépendent de l'appareil utilisé avec un mécanisme identique. Une méthode d'interprétation basée sur l'énergie hydraulique dissipée est développée pour les deux érodimètres. Pour une masse érodée donnée, les énergies sont similaires. L'indice de résistance à l'érosion proposé permet de regrouper sur un meme plan les essais. Une analyse statistique aboutit à l'expression de l'indice de résistance à l'érosion en quelques paramètres au voisinage de l'optimum Proctor. Une étude de la variabilité de la sensibilité à l'érosion met en évidence l'influence du degré de saturation et la corrélation de la perméabilité avec l'indice de résistance à l'érosion.

Les bassins sédimentaires d'Hamakoussou et du Mayo Oulo-Léré sont des bassins à sédiments continentaux. Ils se situent en territoire camerounais, dans le prolongement de la branche de Yola de direction Est-Ouest du Fossé de la Bénoué dont la mise en place est liée à l'ouverture de l'Atlantique Sud à partir de la dislocation du Gondwana. L'âge de ces bassins est basé sur des études biochronologiques les situant dans le Crétacé inférieur. La série sédimentaire est sensiblement la même dans les deux bassins, elle est constituée de dépôts fluviatiles à fluviolacustres montrant une alternance de grés, de siltite et d'argilite.Des prélèvements paléomagnétiques ont été effectués sur des niveaux fins situés dans la partie supérieure de la série sédimentaire de chaque section. Dans le bassin sédimentaire d'Hamakoussou, 50 échantillons sur 11 sites d'épaisseur égale à 69 m, ont été prélevés dans la localité de Djallou et 78 échantillons sur 20 sites d'une épaisseur de 511 m dans la localité d'Ourokessoum. Dans le bassin du Mayo Oulo-Léré, 116 échantillons sur 45 sites sur une épaisseur de 478 m ont été prélevés dans la localité de Tchontchi.La désaimantation progressive au champ alternatif et à la température de ces échantillons montre que les séries sédimentaires de ces bassins portent une aimantation primaire. Les directions d'aimantation ont permis de déceler une tectonique régionale marquée par un mouvement de rotation autour de l'axe vertical et un mouvement de translation des blocs. Les minéraux magnétiques porteurs de cette aimantation sont de faible, moyenne et de forte coercivité. Une séquence de trois polarités a été déterminée le long de chaque section du bassin d'Hamakoussou : une polarité inverse et deux polarités normales. Dans le bassin du Mayo Oulo-Léré, la section Mayo a livré deux polarités dont une normale et une, inverse. La séquence de polarités obtenue pour chaque coupe a été corrélée avec l'échelle de temps de polarités magnétiques. Les trois polarités des coupes du bassin d'Hamakoussou ont été corrélées avec les chrones M1 et M3 avec un âge compris entre 125 Ma et 128,11 Ma. La séquence d'inversions de la coupe du Mayo Oulo-Léré a été corrélée avec le chrone M1 avec un âge compris entre 125 Ma et 127,61 Ma. Le taux de sédimentation des dépôts du bassin d'Hamakoussou varie entre 5,5 cm/ma et 40,5 cm/ma et est de 38 cm/ma dans la section du Mayo Oulo-Léré. / Hamakoussou and Mayo Oulo-Léré sedimentary basins are extension of the executive branch of East-West Yola Benue Trough, whose formation is related to the opening of the South Atlantic from the dislocation of Gondwana, in the Cameroonian territory. An age range of lower Cretaceous to Barremian-Hauterivian limit has been assigned based on biochronological studies. The sedimentary sequence in both basins is composed upward finnings fluivial to fluviolacustrine deposits. The deposits present an alternation of fine grained sandstone, siltstone and mudstone overlying coarse sandstone which is underlain by micro-conglomerate to conglomerate facies at the base.A magnetostratigraphic study has been carried out on a fine sediments in the upper part of each sections. 50 samples from about 69.03 m thickness, were collected from 11 sites at Djallou and 78 samples, about 511.03 m thickness, were collected from 20 sites at Ourokessoum localities in the Hamakoussou basin ; and 116 samples, about 478.19 m thickness, collected from 45 sites at Tchontchi locality in the Mayo Oulo-Lere basin.Specimens subjected to progressive alternating field and thermal demagnetization show that the sedimentary sequences have a primary magnetization. The directions of magnetization indicate a regional tectonic marked by a rotation and translation block. Rock magnetic investigations reveal the presence of both high and low coercivity minerals. A sequence of three polarities was determined along each section of the Hamakoussou basin: one reversal polarity and two normal polarities, whereas two polarities: (normal and a reversal) were determined along Mayo section in the Mayo Oulo-Lere basin The three polarities sequences from the two sections from Hamakoussou basin are correlated with M1 and M3 Chrons and suggest an age between 125 and 128, 11 My. While the two polarities sequences from the Mayo Oulo-Lere basin are correlated with M1 Chron, and suggest an age between 125 and 127.61 My. The sedimentation rates of Hamakoussou basin deposits vary between 5.5 cm/kyr and 40.88 cm/kyr and 38.26 cm/kyr in the section of Mayo Oulo-Lere basin.

De nombreux matériaux du génie civil, comme le béton ou les enrobés bitumineux, sont des pâtes granulaires, c'est-à-dire des suspensions dont la concentration volumique en inclusions solides est très élevée. Ce travail porte sur la modélisation et la simulation numérique discrète du comportement et du compactage de pâtes granulaires 2D non browniennes et non colloïdales constituées de grains élastiques rugueux de forme circulaire, baignant dans un liquide newtonien de très grande viscosité. Après avoir introduit un modèle de pâte granulaire dans lequel le seul effet du liquide est d'induire des interactions de lubrification entre paires de grains proches, nous présentons une méthode numérique quasi-statique permettant de simuler le comportement de ces systèmes lorsqu'ils sont soumis à un état de contrainte donné. L'étude de l'état d'équilibre adopté par une pâte granulaire lubrifiée lorsqu'on lui applique une pression isotrope montre que, dans la limite où la rugosité des grains est nulle, un tel système se comporte comme un assemblage sec de grains non frottants. C'est la raison pour laquelle nous étudions ensuite le comportement de ces assemblages en 3D lorsqu'on les soumet à des chargements statiques anisotropes ainsi qu'à des essais de cisaillement simple dans la limite quasi-statique. Nous montrons en particulier que les coefficients de frottement interne statique et dynamique sont non nuls et coïncident, que ces assemblages ne présentent aucune dilatance et qu'ils satisfont un critère de rupture de Lade-Duncan. Le comportement d'une pâte granulaire lubrifiée 2D faite de grains de rugosité finie soumise à un cisaillement maintenu est ensuite analysé et nous comparons nos résultats avec ceux obtenus en cisaillant des assemblages granulaires secs 2D. Finalement, nous étudions de manière détaillée les paramètres influençant le compactage d'une pâte granulaire lubrifiée et mettons en évidence la réduction de la mobilisation du frottement intergranulaire accompagnant la densification du matériau.

L'étude du comportement de l'argile de l'Aptien, utilisée en couverture d'étanchéité des ISD, proche de la saturation et soumise à la flexion et au cisaillement est principalement traitée dans le cadre de ce travail. Des expériences conventionnelles (compression simple, essais triaxiaux) et non conventionnelles (traction directe, essais brésiliens) en laboratoire ont été réalisées pour déterminer les paramètres importants. Une amélioration du comportement mécanique de l'argile par l'addition de fibres de différentes natures a été envisagée. Les résultats ont été interprétés afin d'optimiser la mise en oeuvre des matériaux. Cependant, les expériences en laboratoire ne sont pas suffisantes et dans certain cas particulièrement difficile à conduire ce qui explique que parfois elles peuvent être sujettes à caution. Une modélisation numérique a donc été envisagée. La méthode des éléments discrets a été utilisée. Elle permet de reproduire le comportement mécanique des matériaux granulaires et cohésifs de l'échelle du laboratoire à l'échelle de l'ouvrage ou d'une partie de l'ouvrage. Une attention particulière a été portée à la modélisation de l'argile qui peut être soumise simultanément à de la traction et de la compression. La microstructure du matériau argileux n'a pas été reproduite mais modélisée par un assemble des particules en interaction. Plusieurs lois de contact ont été utilisées. L'influence des paramètres microscopiques du modèle sur le comportement macroscopique des échantillons numériques a été étudiée. Une extension de ces résultats à la modélisation d'un essai de soulèvement en vraie grandeur in situ a été réalisée. Il s'agit là d'une première réponse au comportement réel de la couverture argileuse du site.

Dans le cadre de ce travail, une méthode chimique, la voie « polymère précéramique » a été mise en oeuvre pour générer des nanocomposites céramiques à base de silicium et contenant des métaux de transition (Ti, Zr, Hf) sous forme d'objets massifs. Cette thèse consiste tout d'abord en un premier chapitre de bibliographie décrivant la méthode de préparation mise en oeuvre dans ce manuscrit ainsi que les matériaux étudiés. L'étude consiste dans un deuxième chapitre à synthétiser puis à caractériser des polymétallosilazanes qui, par des traitements thermiques appropriés, conduisent à des nanocomposites dans lesquels des nanocristaux de nitrures métalliques (nc-MN avec M = Ti, Zr et Hf) sont dispersés dans une phase amorphe ou cristallisée de nitrure de silicium. Ces nanocomposites sont alors caractérisés par différentes techniques afin de sélectionner les paramètres opératoires, allant de la synthèse des polymères à leur conversion en céramique, conduisant aux nanocomposites souhaités (e.g. matrice amorphe de nitrure de silicium) avec les propriétés visées (e.g. coloration). Dans un troisième chapitre, l'étude vise à modifier chimiquement ces polymétallosilazanes afin qu'ils soient adaptés à la conception d'objets massifs par compactage à chaud de polymetallosilazanes puis traitement thermique des compacts polymères. Des techniques de caractérisation sont alors mises en oeuvre sur l'ensemble du procédé pour suivre la transformation du compact polymère en objet massif. Les propriétés mécaniques de ces derniers sont notamment discutées. Dans chapitre 4, nous présentons des résultats préliminaires sur i) l'utilisation de la technique Spark Plasma Sintering pour optimiser la qualité des objets massifs à partir des poudres élaborées dans le chapitre 2, ii) l'ajout d'un second métal au système ternaire Si/Ti/N suivant le procédé d'élaboration étudié dans les chapitres 2 et 3 et iii) l'élaboration de ces nanocomposites à travers une voie d'élaboration dont le coût de préparation est plus abordable / In the present work, a chemical approach called the « Polymer Derived Ceramics » route, has been applied to prepare monolithic ceramic nanocomposites of the type nc-MN/a-Si3N4 with nc, nanocrystals, M, Transition Metal (Ti, Zr, Hf) and a being amorphous. After a literature review in the first chapter, we have designed preceramic polymers of the type polymetallosilazanes to provide after pyrolysis nanocomposites in form of powders in the second chapter. Each step of the process has been studied using characterization tools such as molecular weight measurements, solid-state NMR, and infrared spectroscopy. The structure of the polymers has been proposed. The pyrolysis has been investigated by thermogravimetric analysis and the final materials have been characterized by X-ray diffraction and TEM to confirm the nature of the nanocomposites. In a third chapter, polymers have been tested with regard to warm-pressing as shaping process to form green compacts which have been treated under ammonia then nitrogen at high temperatures to produce the desired ceramic nanocomposites (e.g. amorphous silicon nitride matrix) with specified properties (e.g. decorative properties) in form of monolith. Structural, mechanical and decorative properties have been finally studied. In the fourth chapter, we presented preliminary results on i) the use of Spark Plasma Sintering technique on the powders prepared in chapter 2 to optimize the quality of the solid objects ii) the introduction of two types of transition metals in the same polymetallosilazane leading to a new type of nanocomposite according to the process described in chapters 2 and 3 and iii) the elaboration of these nanocomposites through a cost-effective “two-step” process by dispersing transition metal nanoparticles within polycarbosilazanes

La raffinerie Ultramar de Saint Romuald sur la rive sud de Québec produit des carburants qui sont acheminés par l'Ultratrain du Canadien National vers la métropole montréalaise. Trois années après la mise en service de ces trains de 1200 m de longueur pour 8000 tonnes, l'un d'eux déraille en 1999 dans une zone marécageuse où le sol naturel sous le remblai est un massif de tourbe. Les tourbes sont des sols organiques très compressibles saturés en eau et qui contiennent des fibres végétales. En 2004, au même endroit, un second déraillement a lieu. Le Bureau de la Sécurité des Transports (BST) et le Canadien National (CN) mandatent alors le département de génie civil de l'Université Laval pour étudier les conditions géotechniques de ces déraillements. Ainsi, de juin à novembre 2006, une campagne de mesures sur le site est mise en place pour collecter des données sur les pressions interstitielles et les tassements qui surviennent dans la tourbe pendant le passage des trains. Des tassements cumulatifs d'environ 1 cm en 3 mois sont mesurés. Ils sont causés par la dissipation des surpressions interstitielles que les trains bâtissent pendant leurs passages répétés. Ces résultats ont été présentés au BST et au CN en décembre 2006. Une première hypothèse possible de rupture locale, progressive et soudaine du massif de tourbe par poinçonnement lors du passage d'un train est alors formulée. Début 2007, des essais de résistance au cisaillement sur la tourbe prélevée sur le terrain sont réalisés dans les laboratoires de l'Université Laval. Ce sol est caractérisé par un comportement en cisaillement fortement dépendant de l'orientation du plan de rupture par rapport au plan d'alignement des fibres végétales contenues dans la tourbe. Les fibres sont naturellement orientées dans des plans horizontaux, rendant la tourbe fortement anisotrope. Si le plan de rupture est confondu avec le plan d'alignement des fibres, alors la résistance au cisaillement est minimum et correspond à celle de la matrice de la tourbe sans l'influence des fibres. A l'inverse, si le plan de rupture coupe les fibres, alors la résistance est augmentée. La quantification de cette augmentation est l'objectif de la campagne d'essais en laboratoire. Des études précédentes ont montré que lorsque les tourbes sont sollicitées dans des plans coupant les fibres, celles-ci ont tendance à s'aligner dans le plan de rupture et ainsi à diminuer progressivement la résistance au cisaillement le long de ce plan. Ainsi, en utilisant les résultats obtenus en laboratoire et les données de terrain, un mécanisme de rupture utilisé pour analyser et expliquer le déraillement de l'Ultratrin a été développé. Les calculs montrent que la diminution de résistance engendrée par l'alignement des fibres le long des plans de rupture dans la tourbe est suffisante pour provoquer le poinçonnement soudain de la tourbe sous le passage d'un train. Finalement, cette recherche montre que la capacité portante du massif de tourbe est régie par Panisotropie de la tourbe due à la présence des fibres végétales. / The Saint Romuald's Ultramar refinery near Québec City produces gas which is transported to Montréal by the Canadian National's Ultratrain. Three years after the first passage of these huge trains, a derailment occurs in 1999 in a naturally formed swamp zone, where the subsoil consists of peat. Peats are organic, very compressible and water saturated soils. They are also characterised by fibres content. A second accident takes place nearby in 2004. The Civil Engineering department of Laval University is then asked by the Transportation Safety Board of Canada (TSB) and by the Canadian National (CN) to investigate the geotechnical conditions of those derailments. In situ pore pressures and settlements of the peat under the rail embankment are monitored from June to November 2006. An accumulation of settlement of 1cm in 3 months in the peat is measured. They are the result of the overburden pressures dissipation created by the successive passages of the Ultratrain. The report of mis study has been presented to TSB and CN in December 2006. A first assumption of a local, progressive and unexpected failure of the peaty soil by punching is suggested. Triaxial and simple shear tests are performed in the Laval University's laboratories on samples of the in situ native peat on the beginning of year 2007. The shear behaviour of the peat turns out to be related to the relative orientation of the failure plane compared to the plane of deposit of the plant's fibres in the soil. Those fibres are generally oriented in a horizontal plane. This makes of the peat a strongly anisotropic soil. If the failure plane is parallel to the fibres plane, the shear strength corresponds to the strength of the matrix of the peat without the fibres reinforcing effect. This shear strength is minimal. If the failure plan cuts the fibres, the reinforcing effect of the fibres increases the shear strength. The objective of the laboratory tests is to evaluate this increase. Previous studies on peat showed that fibres trend to come into alignment with a failure plane, which decreases strongly the shear strength through this plane. The results of these tests and of the in situ investigations are used to develop a failure mechanism of the peat under the embankment. This mechanism explains the 2004 derailment. Calculations show that the shear strength's decrease caused by the fibres realignment is sufficient to produce the sudden failure of the peat by punching. Eventually, this study shows that the bearing capacity of the peat under the rail embankment is ruled by the anisotropic structure of the peat given by the fibres.

Cette étude vise à contribuer au développement d’un produit de construction à faible impact environnemental utilisant la terre crue. Pour cela, le comportement hygro-mécanique de la terre crue compressée à haute pression par une technique novatrice mise au point dans ce projet a été caractérisé. De plus, plusieurs méthodes de stabilisation ont été évaluées afin d’améliorer la durabilité de ce matériau, notamment vis-à-vis de l’érosion induite par l’eau. Une vaste campagne d’essais expérimentaux a été menée sur ces matériaux stabilisés ou non, à deux échelles différentes : les caractérisations des échantillons cylindriques (petite échelle) ont tout d’abord permis de sélectionner la formulation optimale. Par la suite, les tests menés à grande échelle sur les briques de terre compressée ont contribué à développer un produit pour la construction. Une nouvelle technique de fabrication basée sur l’application d’une contrainte de compactage très élevée (hyper-compactage) a été mise au point. Son objectif principal est d’augmenter la densité du matériau afin d’améliorer ses performances mécaniques. Les échantillons compactés par la méthode proposée présentent une densité sèche d’environ 2320 kg/m3, ce qui représente la valeur la plus élevée jamais enregistrée dans la littérature pour une terre non stabilisée. Les effets de la contrainte de compactage sur la microstructure du matériau ont été analysés par intrusion au mercure et adsorption d’azote liquide. Les résultats montrent que l’augmentation de la contrainte de compactage réduit la porosité du matériau, majoritairement les grands pores inter-agrégats. Cependant, le compactage mécanique influence peu les petits pores intra-agrégats. L'approfondissement de la caractérisation des propriétés microstructurales des échantillons stabilisés constitue un développement intéressant de ce travail. La résistance et la rigidité des échantillons non stabilisés et stabilisés ont été mesurées. Ces essais mécaniques confirment que la méthode d'hyper-compactage permet d’améliorer grandement la réponse mécanique du matériau par rapport aux techniques de fabrication existantes. Ainsi, les briques réalisées présentent une résistance en compression comparable à celle-là des matériaux traditionnels de construction (e.g. terre stabilisée et briques en terre cuite). Pour compléter cette étude, des essais mécaniques à l’échelle paroi sont à mener. Le comportement hygroscopique des échantillons stabilisés et non stabilisés a été analysé par la mesure du paramètre MBV (i.e. Moisture Buffering Value), qui traduit la capacité d’échange avec la vapeur d’eau. Il s'avère que la terre non stabilisée possède une excellente capacité à absorber et relarguer l’humidité ambiante. Cette capacité est, par contre, réduite pour les échantillons stabilisés testés dans le cadre de cette étude. La caractérisation du comportement thermique de la terre compressée à haute pression ainsi que l’analyse expérimentale des transferts thermo-hygroscopiques à l’échelle paroi représentent deux compléments d'étude afin de préciser le comportement hygroscopique d'un mur à base de terre crue. Enfin, la durabilité par rapport à l’érosion induite par l’eau des briques stabilisées et non stabilisées a été estimée à travers les essais d’immersion, de succion et de contact qui sont prévus par la norme DIN 18945 (2013). Les briques stabilisées montrent une meilleure résistance à l’eau par rapport aux briques non stabilisées. Toutefois, des études supplémentaires sont nécessaires pour améliorer les méthodes de stabilisation garantissant la durabilité dans le cas d'applications structurelles exposées aux intempéries, tout en maintenant de bonnes performances hygro-mécaniques et un faible impact environnemental. / The present work explores the hygro-mechanical behaviour of a raw earth material and investigates different stabilisation techniques to improve the durability of the material against water erosion. An extensive campaign of laboratory tests was performed on both unstabilised and stabilised materials at two different scales: small cylindrical samples and large bricks. An innovative manufacturing method based on the application of very high compaction pressures (hypercompaction) was proposed. Also, the compaction load was maintained constant for a sufficient period of time to allow soil consolidation. The main objective was to increase material density, thus improving mechanical performance. Samples compacted with the proposed method exhibited a dry density of about 2320 kg/m3, which is the highest value registered in the literature for an unstabilised earthen material. The effect of the compaction pressure on the material fabric was assessed by means of mercury intrusion porosimetry and nitrogen adsorption tests. Results showed that the increase of compaction pressure reduced material porosity with major effects on large inter-aggregate pores. On the contrary, small intra-aggregate pores were not affected by the mechanical compaction. Mechanical tests were then performed to measure stiffness and strength of both unstabilised and stabilised samples. These tests demonstrated that hypercompaction can largely improve the mechanical response of the material over conventional manufacturing methods. Hypercompacted bricks showed a compressive strength comparable with that of traditional building materials, such as stabilised compressed earth and fired bricks. The hygroscopic behaviour of both unstabilised and stabilised samples was investigated. The capacity of the samples to absorb/release water vapour was assessed by measuring their moisture buffering value (MBV). Results showed that unstabilised earth has an excellent capacity to buffer ambient humidity. This capacity was significantly reduced by the different stabilisation techniques tested in the present work. Finally, the durability against water erosion of both unstabilised and stabilised bricks was assessed by performing different tests prescribed by the norm DIN 18945 (2013). Stabilised bricks exhibited a higher resistance against water erosion compared to unstabilised bricks. Still, these materials cannot be adopted for structural applications exposed to natural weathering as indicated by the norm DIN 18945 (2013). Therefore, further investigation is required to identify novel stabilisation methods that can balance the needs of sustainability, durability, moisture buffering and mechanical performance.

Le mémoire de thèse propose une méthode de modélisation multi physique capable de quantifier l’influence des paramètres des processus d’écrouissage, le câblage et le compactage, sur le comportement mécanique et électrique des câbles électriques. Les propriétés électriques d’un câble dépendent de la nature du matériau utilisé, de son état métallurgique, des contraintes mécaniques exercées et de la conductance électrique des aires de contact inter-fils. De nombreuses mesures ont permis de définir les caractéristiques des câbles mais aussi des matériaux utilisés, comme par exemple la variation de la conductivité électrique d’un fil de cuivre en fonction de l’écrouissage. La modélisation mécanicoélectrique, réalisée avec le logiciel Abaqus®, est utilisée pour étudier les différents paramètres impliqués dans les processus de câblage et de compactage. Cela a permis de déterminer les déformations géométriques des fils ainsi que les contraintes mécaniques dans le câble. Les résultats de simulation sont comparés aux mesures afin de valider la précision des modèles numériques développés.Un couplage faible entre les modèles mécanique et électrique permet de mettre en évidence la distribution non-homogène de la conductivité électrique à l’intérieur d’un conducteur après qu’il ait subi des contraintes mécaniques dues au processus de déformation à froid, le câblage et le compactage. Ensuite, en appliquant une procédure d’optimisation, nous avons identifié les paramètres capables de réduire de 2 % la masse du matériau conducteur utilisés dans les processus de fabrication, tout en conservant des propriétés mécaniques et électrique répondant aux exigences normatives des constructeurs de câbles. / The presented PhD thesis propose multi-physics modeling method able to predict the impact of stranding and compacting processes parameters on the mechanical and electrical behavior of stranded conductors. The electrical properties of stranded conductors depend on the nature of the material, on its metallurgical state, on the mechanical pressure within the conductor and on the electrical conductance of contact areas between wires. A wide range of measurements has allowed us to define the characteristics of structures and materials, such as for example the resistivity as a function of the stresses due to material hardening. The electromechanical modeling with Abaqus and Vector Fields software are used to study different parameters involved in the stranding and compacting processes to determine actual wires shapes, induced deformations and actual stresses between wires within the conductor. The results obtained by simulation were compared with experimental measurements to analyze the accuracy of the model. By coupling mechanical and electrical simulations, we pointed out the non-homogeneous distribution of the electrical conductivity along conductor cross sections resulting from the hardness of each single wire. Applying the optimization procedure, we have identified the parameters able to reduce the mass of conducting material by 2 % while maintaining mechanical and electrical properties that meet the prescriptive requirements of cables manufacturers and standards.

La Compaction à Grande Vitesse (CGV) est un procédé efficace pour mettre en oeuvre par frittage, et dans un temps court, des poudres polymères semi-cristallins quelle que soit leur viscosité en partant d’une température inférieure au point de fusion. L’échauffement et la fusion du matériau est obtenu par une succession d’impacts à une énergie donnée ce qui offre la possibilité de définir finement la quantité d’énergie que l’on souhaite apporter au matériau et la qualité du frittage. Une fusion partielle de la poudre permet de profiter de la cristallinité élevée de la poudre native, un compromis est alors possible entre de hautes propriétés élastiques et une ductilité élevée. La contre-partie de cette efficacité est une mise au point délicate du procédé. Dans le cas du polyéthylène ultra haute masse molaire (UHMWPE), il a été montré que le procédé permet une quasi-abstraction des effets de la masse molaire. Le frittage du UHMWPE demande seulement une réorganisation à courte distance des chaînes qui peut se faire dans un temps très limité. La cohésion de la poudre est assurée essentiellement par la cocristallisation et la création de nouveaux enchevêtrements. La modélisation du procédé a permis de comprendre comment l’énergie cinétique lors des impacts est transformée en chaleur dans la poudre et elle a permis l’établissement d’un critère de processabilité par CGV. Ce critère de processabilité repose sur la déformabilité de la poudre contenu dans la matrice au moment de l’impact. Celle-ci doit être suffisante pour que l’énergie dissipée dans le matériau permette sa fusion en moins de cent coups. Ceci a permis de comprendre pourquoi le polyoxyméthylène peut difficilement se mettre en forme par CGV. / High Velocity Compaction (HVC) is an efficient process to mold, in a short time, semicrystalline polymers powders any about their viscosity by starting from a temperature below melting point. Heating and melting occur by successive impacts at a preset energy that offers the possibility to set accurately the energy amount that we would bring to the material and the sintering quality. Partial melting of powder enable to take advantage of the high cristallinity of nascent powders, a compromise is possible between high elastic properties and high ductility. The flip-side of this efficiency is a delicate process settings. For the ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), it has been shown that the process makes it possible a quasi abstraction of molecular weight effects. UHMWPE sintering needs only a short length reorganisation of chains that could be done in a really short time. Powder cohesion is essentially bring by cocrystallisation and by new entanglements creation. Process modelling allowed to understand how kinetic energy during hits is converted into heat in powder and it’s enable to define a HVC processability criterion. This processability criterion rests on the strainability of powder place in a die during a hit. It has to be sufficient to the dissipated energy in material allows his melting in less than one hundred impacts. This criterion allows to understand why the polyoxymethylene is hard to mold by HVC.