Chaque année, d'innombrables collisions se produisent entre des avions en vol et des oiseaux. L'impact aviaire, menace redoutée par les pilotes, concerne tant l'aviation civile que son pendant militaire. Les statistiques démontrent que, même si fort heureusement le nombre d'accidents graves reste limité, les incidents sont de plus en plus nombreux.<p>Parmi les acteurs qui luttent contre ce danger, les constructeurs d'avions jouent un rôle prépondérant. Contraints par des réglementations internationales, ils s'attachent à produire des éléments de structure qui résistent à l'impact d'oiseaux.<p>Dans la mise au point de leur produits, les avionneurs démontrent cette résistance à l'aide d'essais d'impact :on accélère un simulant d'oiseau jusqu'à la vitesse voulue -- de l'ordre de la vitesse de croisière nominale de l'avion -- et on le projette sur un aileron ou un morceau de fuselage. <p><p>La présente thèse doctorale, co-dirigée par les professeurs Philippe Bouillard de l'ULB et Marc Pirlot de l'ERM, contribue doublement à l'amélioration de ces techniques d'essais dynamiques.<p><p><p>D'une part, elle réalise la mise au point et la validation d'un lanceur pyrotechnique à double étage pour l'accélération du simulant d'oiseau. Un canon de calibre 20 mm est combiné avec un accélérateur de calibre 160 mm. La combustion d'un mélange de poudre propulsive contenu dans une douille adaptée génère les gaz à haute température et à haute pression nécessaires à l'accélération d'un simulant d'oiseau dûment confiné dans un conteneur de protection. Un dispositif de séparation arrête le conteneur afin que seul le simulant d'oiseau percute l'élément d'avion à l'essai. La solution pyrotechnique à double étage mise au point est validée par de nombreux tirs instrumentés en vitesse, en accélération et en pression ;elle se révèle conforme aux exigences de sécurité et de reproductibilité. Le lanceur pyrotechnique présente par rapport aux solutions pneumatiques, utilisées à notre connaissance dans tous les autres centres d'essais, des avantages indéniables de compacité ainsi que de rapidité et de souplesse de mise en oeuvre.<p><p><p>D'autre part, la migration des alliages métalliques vers les matériaux composites est amorcée depuis plusieurs années déjà dans le monde de la construction aéronautique. Pour optimiser les structures, une connaissance des caractéristiques de ces matériaux est indispensable. Les modes de rupture font partie des caractéristiques encore mal connues. La mesure du déplacement hors-plan lors du tir sur panneaux plans est une des manières de quantifier le comportement du matériau sous l'action d'un impact. Cette mesure s'opère généralement de manière statique, après le tir. Une méthode de mesure dynamique a été mise au point, basée sur l'emploi de techniques de stéréoscopie par corrélation numérique d'images. Cette technique a été validée au moyen d'une méthode métrologique indépendante d'extensométrie laser. <p><p><p>ABSTRACT<p><p>Countless collisions occur each year between airplanes and birds. Bird strike is a concern to both civilian and militay aircraft. Statistics show that, although the number of serious accidents fortunately remains low, the number of incidents keeps increasing.<p>Amongst the actors tackling this issue, aircraft manufacturers play an important role. In compliance with international regulations, they have to produce structural elements that withstand bird impact. During the development of their products, aircraft manufacturers have to demonstrate this resistance through bird impact trials :a bird surrogate is accelerated to the required velocity - often close to the nominal cruise speed of the aircraft - and launched onto a flap or a piece of fuselage.<p><p>This PhD thesis has been co-supervised by Professor Philippe Bouillard (ULB) and Professor Marc Pirlot (ERM-KMS). Its contribution to the improvement of the aforementioned dynamic trials is twofold.<p><p><p>One one hand, a two-stage pyrotechnical launcher for bird surrogates has been developed and assessed. A 20 mm caliber gun is connected to a 160 mm diameter launcher. The combustion of a propellant mixture in a cartridge case generates high pressure, high temperature gases which accelerate a bird surrogate protected by a cylindrical container. A stripper refrains the container from hitting the target pane. <p>The pyrotechnical solution has been assessed through an important number of firings where pressure, velocity and acceleration have been measured. The solution has proven compliance with both the safety requirements and the repeatability specifications. Its advantages compared to the pneumatic solutions used, as far as we know, in all other test centres, include compactedness as well as flexibility and high firing rate.<p><p><p>On the other hand, migration towards composite materials has been initiated years ago in the area of aeronautical constructions.<p>To optimize structures, a thorough knowledge of these new materials is required. Failure modes belong to the still badly known features of carbon reinforced plastics. Measuring the out-of-plane deformation when firing on a flat pane is one way of quantifying the material's behaviour under impact. This measurement is most frequently made in a static way, after completion of the firing. A dynamic measuring method has been developed, based upon stereoscopic digital image correlation techniques. This technique has been validated by means of an independent laser extensometer measuring method. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La piste d’atterrissage de Puvirnituq a été construite à l’aide d’un épais remblai comblant une vallée au fond de laquelle repose un dépôt de sédiments fins. Depuis la construction de la piste d’atterrissage, des tassements ont été observés à cet endroit. Des travaux d’agrandissement ont eu lieu sur la piste en 2009 afin de permettre l’atterrissage d’un Boeing 737 de la compagnie Air Inuit. Dans le cadre de ces travaux, la stabilisation thermique et mécanique du remblai a été réalisée. Un remblai convectif avec un système de ventilation a été construit. Une berme, faite à partir des mêmes matériaux granulaires que le remblai convectif, a été construite pour résister aux possibles forces latérales causées par une instabilité du remblai. Les travaux d’agrandissement de l’aéroport comprenaient également la déviation de l’eau s’écoulant dans la vallée. Un suivi des comportements thermique et mécanique a été réalisé sur une période de trois ans afin de valider l’efficacité des systèmes d’extraction de chaleur dans le contexte du remblai de Puvirnituq. Une simulation numérique du comportement thermique du sol a été effectuée à l’aide du logiciel GeoStudio. Cette simulation a permis de prédire l’évolution du front de dégel au cours des 20 prochaines années. Une étude de stabilité a été réalisée afin d’identifier les particularités d’une analyse de stabilité dans le contexte d’un pergélisol en voie de dégradation. / The Puvirnituq airstrip was originally constructed using a thick embankment near the center of the airstrip to fill a fine-grained sediment filled valley. Since the construction of the airstrip, subsidence has been observed in the thick-fill area. Construction work was done in 2009 to allow the landing of a Boeing 737. As part of this work, the thermal and mechanical stabilisation of the embankment that fills the valley was realized. A convective embankment with a ventilation system has been constructed. A berm, made with the same convective material was also constructed to resist a possible lateral instability of the embankment. The construction work also included the deviation of the small creek flowing in the valley. A thermal and mechanical behavior monitoring was made over a period of three years to validate the effectiveness of the heat extraction systems in the Puvirnituq context. A numerical simulation was performed using the software GeoStudio in order to predict the evolution of the thaw front in the next 20 years. A stability analysis was conducted to identify the characteristics of such an analysis in the context of degrading permafrost.

Le secteur du bâtiment au Canada est responsable de plus de 16% des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de 30% de la consommation énergétique. À l’échelle mondiale, cela s’élève à 30% pour les émissions de GES et à 40% en ce qui a trait à la consommation énergétique. Ce secteur a donc un rôle majeur à jouer dans la lutte aux changements climatiques et pour la transition énergétique. L’optimisation multi-objectif fait partie des méthodes de conception reconnues par les scientifiques pour son fort potentiel d’amélioration de la durabilité des bâtiments résidentiels et commerciaux. Depuis le début des années 90, son utilisation dans le domaine n’a cessé de s’accroitre. Des algorithmes d’optimisation sont en continuel développement afin de résoudre efficacement des problèmes de conception dont les exigences sont toujours plus complexes. L’objectif de cette thèse est donc de développer et d’évaluer une méthodologie d’optimisation pour la conception de bâtiments durables tenant compte simultanément d’un ensemble de variables hétérogènes et d’objectifs contradictoires. Les solutions proposées sont complémentaires aux recherches les plus avancées dans le domaine de l’optimisation multi-objectif. Dans un premier temps, une analyse de sensibilité globale est appliquée à 30 variables de conception influençant divers critères de performances relatifs à la consommation énergétique et au confort d’un bâtiment commercial. Trois méthodes d’analyse de sensibilité sont utilisées : Coefficients de régression standard, coefficients de régression partielle par le rang et les indices de Sobol. L’analyse des résultats montre que les 3 techniques mènent à des conclusions similaires. Le rang en ce qui a trait à l’importance des variables est semblable pour chacune des techniques et pour chacune des fonctions évaluées. Les principales interactions entre variables de conception ont été identifiées avec les indices de Sobol de second ordre. Cette première analyse permet d’éliminer certaines variables qui ont peu d’impact sur les critères de performances. De plus, un cadre de conception s’apparentant à une approche de conception traditionnelle a été adopté dans lequel des variables de conception sont définies de façon séquentielle. Une seconde analyse de sensibilité a été appliquée à chacune des phases du processus, en faisant l’hypothèse que les variables définies dans une phase antérieure ont une valeur fixe, soit celle du bâtiment réel. L’analyse des résultats démontre que les méthodes de conception séquentielles tendent à réduire la possibilité d’obtenir des solutions à faible consommation énergétique. Dans un deuxième temps, le problème d’optimisation suivant est formulé : la minimisation simultanée des émissions de gaz à effet de serre résultantes de la consommation énergétique d’un bâtiment résidentiel et de celles résultantes des matériaux de construction. Ce problème implique des variables se situant à différents niveaux hiérarchiques, dont certaines peuvent devenir obsolètes selon la valeur prise par une autre variable. Un algorithme considérant cette particularité est développé et comparé à l’algorithme NSGA-II. Des indicateurs de performances (e.g. convergence et diversité) montrent que les deux algorithmes parviennent à résoudre ce problème. L’analyse du front de Pareto confirme, dans le cas présent, que l’algorithme NSGA-II est finalement plus performant dans l’identification de solutions optimales. L’ensemble des solutions optimales obtenues se définit par des bâtiments utilisant une enveloppe en bois. De plus, le système de chauffage sélectionné pour chacune des solutions repose soit sur l’utilisation d’une pompe à chaleur, soit sur l’utilisation de radiateurs électriques. Finalement, l’étude de cas du bâtiment résidentiel est reprise afin d’évaluer la performance de deux modes de conception : processus de conception séquentiel et processus de conception intégré. Avec l’approche intégrée, 39 variables de conception reliées à l’architecture du bâtiment ainsi qu’aux systèmes CVAC-R sont optimisées simultanément. Dans l’approche séquentielle, les variables architecturales sont d’abord optimisées. Plusieurs solutions optimales sont alors sélectionnées pour la deuxième phase d’optimisation qui se focalisera sur des paramètres relatifs aux systèmes de chauffage. La minimisation de l’empreinte environnementale, du cout sur le cycle de vie et la maximisation du confort thermique sont optimisés simultanément par l’algorithme NSGA-II. Avec seulement 100 heures de temps de calcul, l’approche holistique a mis en lumière 59% des solutions optimales alors qu’il a fallu 765 heures pour trouver 41% des solutions optimales avec l’approche séquentielle. La comparaison démontre les effets négatifs et irréversibles qu’il y a dans la prise de décision dès les phases préliminaires de conception. La méthodologie proposée dans ces travaux de thèse permet donc d’augmenter l’efficacité à trouver des solutions optimales.

Dans le cadre du projet Mary River, situé à l'île de Baffin, une ligne de chemin de fer sur du pergélisol doit être construite. Afin d'évaluer le comportement à long terme de la ligne de chemin de fer, le développement d'un modèle prévisionnel de l'endommagement des remblais est nécessaire. L'élaboration du modèle prévisionnel est possible par la réalisation de simulations numériques et d'essais en laboratoire. Les simulations numériques, effectuées avec le logiciel GéoStudio, permettent de prédire le comportement thermique à long terme des remblais et l'état des contraintes additionnelles dans le sol d'infrastructure induites par le remblai. En laboratoire, des essais de fluage et de consolidation au dégel sont réalisés pour caractériser le comportement mécanique des sols. Ces essais permettent de développer une loi de comportement caractérisant le fluage secondaire des sols gelés. Ainsi, la combinaison des simulations numériques et des essais en laboratoire permet de prédire le taux de déformation du sol d'infrastructure à un endroit précis et ce, pour une température et une contrainte définie.

Ce mémoire présente le développement d'un modèle de couplage aéroélastique pour un petit véhicule de lancement spatial et ses résultats. Le mémoire est divisé en trois parties. La première présente d'abord les outils théoriques et numériques nécessaires pour développer un code d'interactions fluide-solide. Ces outils sont l'analyse modale, la mécanique des fluides numérique ainsi qu'un code de déformations imposées utilisant le langage UDF d'ANSYS Fluent qui est utilisé pour effectuer les analyses aéroélastiques. La seconde partie traite de l'analyse aéroélastique statique. La méthode est comparée avec d'autres méthodes de la littérature pour un cas de validation sur plaque plane flexible puis appliquée sur le lanceur. Il est montré que les déformations causées par la pression du fluide sur le solide sont petites pour le cas statique et ne posent donc pas de problème. La troisième partie concerne l'analyse aéroélastique dynamique. La méthodologie est présentée avec la théorie associée, puis explicitée pour faire ressortir les subtilités du calcul numérique parallèle. Le solide est traité avec une méthode de sommation modale qui diminue les coûts de calcul en admettant de petites déformations. Le solide est résolu dans le temps avec une méthode de différences centrées au deuxième ordre de manière explicite. Le couplage est assuré par une méthode d'interpolation entre les maillages fluide et solide à l'aide de fonctions de bases radiales. Un cas test de validation avec plaque plane flexible est ensuite détaillé puis comparé à la théorie ainsi qu'à d'autres solveurs d'interactions fluide-solide commerciaux. Les résultats confirment que les déformations du lanceur restent petites pour des perturbations de type rafales de vent. Les coefficients aérodynamiques sont peu affectés. L'amortissement fourni par l'air (aérodynamique) est faible, ce qui fait que les fréquences d'oscillation observées sont similaires aux fréquences naturelles prédites.

La conception des chaussées urbaines et la conception des chaussées rurales nécessitent l'utilisation de deux approches différentes dues aux vitesses de circulation. L'objectif principal du projet est de développer une méthodologie rationnelle de conception des chaussées adaptée au contexte d'exploitation municipal. La méthode de conception projetée permettra le calcul des épaisseurs des couches de la chaussée en fonction de divers facteurs comme le volume de trafic, le climat et la nature des sols en place. Ces paramètres seront utilisés dans la méthode pour évaluer les déformations de la chaussée sous sollicitations mécaniques et thermodynamiques. La méthode proposée portera principalement sur l'application des modèles viscoélastiques pour la détermination de la réponse mécanique des matériaux de chaussées en fonction du temps d'application de la charge. L'intérêt de cette approche est la possibilité de prendre en considération l'effet de la vitesse de circulation qui est un facteur important à considérer dans un contexte de conception urbain. Après avoir établi une méthode de calcul rigoureuse pour l'évaluation de la réponse mécanique, la recherche s'est portée sur le développement de modèles d'endommagement spécifiques au contexte d'exploitation municipal en prenant notamment en considération les effets saisonniers. Ce rapport porte principalement sur le développement des modèles de comportement mécanique de la chaussée en fonction de la vitesse de circulation. Il fait également état du développement des modèles d'endommagement qui permettront de compléter l'outil de conception proposé.

Cette thèse présente une étude d'un système complet de transmission en liaison descendante utilisant la technologie multi-porteuse avec l'accès multiple par division de code (Multi-Carrier Code Division Multiple Access, MC-CDMA). L'étude inclut la synchronisation et l'estimation du canal pour un système MC-CDMA en liaison descendante ainsi que l'implémentation sur puce FPGA d'un récepteur MC-CDMA en liaison descendante en bande de base. Le MC-CDMA est une combinaison de la technique de multiplexage par fréquence orthogonale (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) et de l'accès multiple par répartition de code (CDMA), et ce dans le but d'intégrer les deux technologies. Le système MC-CDMA est conçu pour fonctionner à l'intérieur de la contrainte d'une bande de fréquence de 5 MHz pour les modèles de canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire tel que décrit par le "Third Genaration Partnership Project" (3GPP). La composante OFDM du système MC-CDMA a été simulée en utilisant le logiciel MATLAB dans le but d'obtenir des paramètres de base. Des codes orthogonaux à facteur d'étalement variable (OVSF) de longueur 8 ont été choisis comme codes d'étalement pour notre système MC-CDMA. Ceci permet de supporter des taux de transmission maximum jusquà 20.6 Mbps et 22.875 Mbps (données non codées, pleine charge de 8 utilisateurs) pour les canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire, respectivement. Une étude analytique des expressions de taux d'erreur binaire pour le MC-CDMA dans un canal multivoies de Rayleigh a été réalisée dans le but d'évaluer rapidement et de façon précise les performances. Des techniques d'estimation de canal basées sur les décisions antérieures ont été étudiées afin d'améliorer encore plus les performances de taux d'erreur binaire du système MC-CDMA en liaison descendante. L'estimateur de canal basé sur les décisions antérieures et utilisant le critère de l'erreur quadratique minimale linéaire avec une matrice' de corrélation du canal de taille 64 x 64 a été choisi comme étant un bon compromis entre la performance et la complexité pour une implementation sur puce FPGA. Une nouvelle séquence d'apprentissage a été conçue pour le récepteur dans la configuration intérieur/extérieur pédestre dans le but d'estimer de façon grossière le temps de synchronisation et le décalage fréquentiel fractionnaire de la porteuse dans le domaine du temps. Les estimations fines du temps de synchronisation et du décalage fréquentiel de la porteuse ont été effectués dans le domaine des fréquences à l'aide de sous-porteuses pilotes. Un récepteur en liaison descendante MC-CDMA complet pour le canal intérieur /extérieur pédestre avec les synchronisations en temps et en fréquence en boucle fermée a été simulé avant de procéder à l'implémentation matérielle. Le récepteur en liaison descendante en bande de base pour le canal intérieur/extérieur pédestre a été implémenté sur un système de développement fabriqué par la compagnie Nallatech et utilisant le circuit XtremeDSP de Xilinx. Un transmetteur compatible avec le système de réception a également été réalisé. Des tests fonctionnels du récepteur ont été effectués dans un environnement sans fil statique de laboratoire. Un environnement de test plus dynamique, incluant la mobilité du transmetteur, du récepteur ou des éléments dispersifs, aurait été souhaitable, mais n'a pu être réalisé étant donné les difficultés logistiques inhérentes. Les taux d'erreur binaire mesurés avec différents nombres d'usagers actifs et différentes modulations sont proches des simulations sur ordinateurs pour un canal avec bruit blanc gaussien additif.

Nul ne peut ignorer que le pneu usagé, ce déchet encombrant, constitue une menace et à l'environnement par le risque potentiel d'incendie et de lixiviation, et à la santé des habitants qui vivent à proximité des dépotoirs par le risque potentiel de maladies dues aux fumées toxiques, qui résulteraient des incendies éventuels, ou dues aux piqûres de moustiques qui peuplent les interstices des amas constitués. Une gestion proactive du pneu en fin de vie s'impose indéniablement si l'on veut éviter aux générations futures d'être confrontées eux également a la complexité du problème des gisements historiques. Nous proposons dans ce recueil un modèle de plan de gestion global d'un projet d'édification d'une entité industrielle, s'assignant comme vocation spécifique le recyclage et la pré-valorisation des pneus en fin de vie. Ainsi donc une entité industrielle apte à se déployer dans le mouvement de la logistique inverse et à s'inscrire dans l'effort du développement durable. Ce modèle quoiqu'essentiellement théorique devrait permettre, d'une part, aux investisseurs économiques, citoyens des pays en développement plus particulièrement, désireux de se lancer dans la filière en question, d'avoir en mains un savoir-faire essentiel et des outils indispensables dont ils devraient naturellement disposer. Et, d'autre part, aux chercheurs scientifiques s'intéressant à l'étude d'autres produits en fin de vie, de s'inspirer de la logique de l'étude et de l'approfondissement de l'analyse qui ont conduit à l'aboutissement de ce modèle.

L'important potentiel hydraulique du Québec, la «houille blanche», a été dompté par la construction de barrages afin de générer de l'électricité dès le début de l'utilisation de cette forme d'énergie à la fin du siècle dernier. L'évolution des techniques de construction et le rôle joué par les ingénieurs francophones sont au coeur de la présente étude. L'examen des réalisations d'une compagnie privée : la Shawinigan Water and Power, d'un organisme gouvernemental : la Commission des eaux courantes et d'une compagnie publique : l'Hydro-Québec permet de suivre l'évolution de 1898 à 1963, alors que la deuxième nationalisation crée un quasi-monopole d'État dans la construction de barrages hydro-électriques. Cet examen démontre clairement l'existence de deux périodes : 1898 à la première nationalisation de 1944, où les compagnies privées et leur ingénieurs anglophones sont à l'avant-garde des développements; 1944 à 1963, marquée par l'appropriation du domaine par l'Hydro-Québec et l'émergence des ingénieurs francophones. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2013

Les pentes minières à proximité de routes publiques doivent être prises en compte lors du processus de conception de ces routes. Plusieurs mines à ciel ouvert sont actuellement en développement au Québec et certaines d'entre elles sont situées à proximité de routes nationales. Ce mémoire propose une revue de la littérature portant sur les pratiques mondiales actuelles en ce qui concerne la stabilité de pentes minières à proximité d’infrastructures publiques. Il examine ensuite la stabilité du mur ouest de la mine à ciel ouvert LAB Chrysotile à Thetford Mines (Québec) aux abords du nouveau tracé de la route 112. Les travaux de terrain effectués sur le site sont décrits. Des analyses déterministes et probabilistes sont effectuées à l'aide de la méthode de réduction de la résistance au cisaillement (SSR) implémentée dans un code d’éléments finis (FE) ainsi que l'analyse à l'équilibre limite (LE). L'impact du remplissage de la fosse et de sa vidange rapide ainsi que la stabilité à long terme de la pente sont également étudiés. Les résultats de toutes les analyses révèlent que cette pente respecte les limites acceptables des critères de conception étudiés. / Mining slopes in the vicinity of public roads must be considered during the road design process. Several open-pit mines are currently in development in Quebec and some of them are located close to national highways. This M.Sc. thesis provides a review of the literature on some current practices around the world regarding mining slope design close to public infrastructures. It then investigates the stability of the west wall of the LAB Chrysotile open-pit mine in Thetford Mines (Quebec) in the vicinity of the new Road 112 location. The field work performed at the site is described. Deterministic and probabilistic analyses are conducted using finite element shear strength reduction (FE-SSR) and limit equilibrium (LE) methods. The impact of pit infilling and rapid dewatering, as well as long-term stability of the slope are also investigated. The results of all analyses reveal that the current mining slopes are within acceptable design criteria limits.