Thèse (M.Inf.) -- Université du Québec à Chicoutimi, programme en extension de l'Université du Québec à Montréal, 2005. / Bibliogr.: f. 114-116. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les planchers font partie des éléments indispensables dans la construction de bâtiments. L'utilisation de matériaux plus écoresponsables comme le bois ainsi que l'incorporation de mélanges de bétons verts innovants dans la construction de planchers composites permettraient non seulement d'obtenir des structures plus performantes, mais seraient également une façon simple pour le Canada de diminuer ses émissions de gaz à effet de serre. L'union du bois et du béton à l'aide de connecteurs aide à augmenter la résistance des planchers en utilisant le béton en compression et le bois en traction. Ces planchers composites permettent d'atteindre une grande portée tout en conservant une structure élancée. Ce mémoire se concentre sur l'amélioration des connecteurs d'entailles qui sont une solution simple et économique utilisée pour créer ce type de plancher. Ces connecteurs ont démontré qu'ils possèdent une grande rigidité initiale suivie d'une phase plastique très ductile. Plusieurs formes d'entailles ont été testées avec du bois lamellé-croisé (CLT) et différents types de béton. Une méthode d'optimisation de conception tenant compte des émissions de CO₂, de la hauteur totale, du coût ainsi que du poids du plancher composite a été développée. Ces essais en laboratoire ont démontré l'efficacité d'une forme de connecteur fermé éliminant l'utilisation de vis. Quant à la méthode d'optimisation, elle a permis de mettre en lumière les points forts et les points faibles des planchers composites et d'élaborer des pistes de solutions afin de les rendre plus compétitifs. Finalement, une analyse du cycle de vie préliminaire comparant les planchers composites, un plancher en béton armé et en CLT a été réalisée. Cette analyse a démontré l'avantage des planchers composites sur les constructions en béton et en bois uniquement. Cette étude a également permis de donner des pistes de solutions afin de diminuer les impacts environnementaux des différents types de planchers. / Floors are an essential part of building construction. The use of more sustainable materials such as timber and the incorporation of innovative green concrete mixes in composite flooring construction would not only result in better performing structures but would also be a simple way for Canada to reduce its greenhouse gas emissions. The combination of timber and concrete with connectors increase the strength of floors by using concrete in compression and timber in tension. These composite floors allow for longer spans while maintaining a slender structure. This thesis focuses on the improvement of notch connectors which are a simple and economical solution used to create this type of floor. These connectors have been shown to have a high initial stiffness followed by a very ductile phase. Several notch shapes were tested with cross-laminated timber and different types of concrete. A design optimisation method that considers CO₂ emissions, total height, cost, and weight of the composite floor was also developed. These experiments demonstrated the effectiveness of a closed shape connector that eliminates the use of screws. As for the optimisation method, it allowed us to highlight the strengths and weaknesses of composite floors and to develop solutions to make them more competitive. Finally, a preliminary life cycle analysis comparing composite floors, a reinforced concrete floor and a CLT floor was performed. This analysis demonstrated the advantage of composite floors over concrete and timber constructions only. This study also allowed us to identify possible solutions to reduce the environmental impacts of the different types of floors.

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences physiques : Lille 1 : 2005. / Synthèse des travaux en français. Recueil de publications en anglais non reproduit dans la version électronique. N° d'ordre (Lille 1) : 430. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 83-88. Liste des publications et des communications.

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences physiques. Automatique et informatique industrielle : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 545. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 82-85. Liste des publications et communications.

Le présent travail a pour but de contribuer à la prise en considération des aspects environnementaux dans le processus de conception de produits par l’étude des échanges d’informations en conception. Plus précisément, la question de recherche abordée est : Quelles sont les conséquences sur le produit lorsque différentes informations du processus de conception sont données à l'expert environnement ?Le développement de ce manuscrit porte, en premier lieu, sur la représentation des informations du produit nécessaires à l'expert environnement. Ensuite, en tenant compte de ces informations de base, un rôle d’expert environnement est créé dans le contexte d’une simulation de conception. Ici, trois niveaux d'information sont définis : le cahier des charges produit, le cahier des charges plus les règles métier et « tous les échanges » (i.e. l’intégration de l’expert dans l’équipe de conception). La comparaison des trois niveaux d’information nous amène, entre autres, à la conclusion suivante : dans un contexte où l’expert est déconnecté de l’équipe de conception, le fait, pour lui, de connaitre les règles métier des autres le rend moins efficace sur la réduction de l'impact environnemental. En fait, il est plus concerné par la faisabilité globale du produit. Cela n’est pas le cas dans un contexte intégré qui mène au meilleur compromis entre faisabilité et performance environnementale du produit / To increase integration of environmental expertise in design process, the present work aims to explore the information exchange matter. More precisely, the research question addressed is: what is the product outcome when different sets of information from the design process are given to the environmental expert?The development of this dissertation covers, first, the representation of product development information from the point of view of the environmental expert. Second, this baseline information is used to create an environmental expert role in the context of a design simulation. Based on this simulation, three sets of information are tested: specifications; specifications plus rules of thumb; and “all design exchanges” (i.e. the expert joins the design team). The comparison of the 3 levels of information reveals, among other results, that: in a context where the environmental expert is disconnected form the design team, and, in which rules of thumb are presented, the expert is less focused on reducing the environmental impact. Nevertheless, he is more concerned with the overall feasibility of the house. This is not the case of an integrated context, which results in the best compromise between feasibility and environmental performance

Les facteurs humains et l’ergonomie (HF/E) sont devenus une discipline scientifique fournissant des contraintes pour la conception d’interaction entre l’homme et le système (le produit). La plupart des études sur HF/E couvrent non seulement les aspects d’ergonomie physique, mais aussi les sciences cognitives et organisationnelle. De nombreux travaux attestent que l’intégration insuffisante d’informations HF/E mène à une conception « pauvre ». Intégrer que ces informations de la phase de conception peuvent améliorer la performance du produit ou du système et de l’expérience utilisateur. Les méthodes existantes pour l’intégration de l’information HF/E (HF/EII) sont catégorisées par deux types de conception : la conception Centrée sur la Technologie (TCD) et la conception Centrée sur l’Utilisateur (UCD). Les méthodes TCD intègrent des informations HF/E dans la phase de conception détaillée ou plus tard, ce qui peut causer des modifications et des itérations de conception. Par contre, les approches UCD prennent en considération les informations HF/E dès la première phase de conception et sont consommatrices de temps à cause de l’intégration des exigences HF/E. L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthodologie de conception et un outil pour l’intégration de HF/E dès la première phase de conception dans le but de réduire le temps de conception, notamment en ayant moins de boucles itératives. Au cours de ce travail de recherche, un cadre « fonction-tâche-comportement » (FTB) a été développé, fournissant un guide systématique et détaillé pour l’intégration de HF/E dès la première phase de conception. Une étude de cas est présentée pour valider la faisabilité de la méthode et permettre une assistance pour la mise en œuvre. Ainsi, un module de Centre de Conception d’Interaction (IDC) a été développé et intégré dans un logiciel de CAO pour aider le travail de conception, en fournisant une procédure pratique de mise en œuvre du cadre FTB. Il permet aux concepteurs (1) d’intégrer les exigences fonctionnelles et non fonctionnelles dès la première phase de conception, et (2) de les convertir en des paramètres de conception pour effectuer au mieux le travail de conception. En utilisant le module d’IDC, les modifications et les boucles d’itération de conception peuvent être significativement réduits, fournissant ainsi une expérience utilisateur plus satisfaisante lors du respects les exigences fonctionnelles. De plus, les méthodologies actuelles de génération de solutions de conception s’appuient trop sur l’expérience des concepteurs, c’est pourquoi un « modèle de d’aide à la génération de solution » a commencé à être développé pour produire les solutions de conception recherchées. Différentes approches de résolution de problèmes existent, ce modèle proposé est plus facile à appréhender et à utiliser par les concepteurs. Ce modèle offre une pensée divergente pour la génération de solution de conception basée sur la tâche de conception individuelle. En résumé, dans les conclusions, les contributions majeures et les limitations de notre étude sont présentées et les perspectives de recherche future sont proposées. / Human factors and ergonomics (HF/E) as a scientific discipline provide constraints for the engineering design of human and system (product) interactions. Most existing studies on HF/E cover the specialization of physical, cognitive, and organizational ergonomics. Numerous evidences show that insufficient consideration of HF/E information leads to poor design, and fully considering this information in the design phase can improve both the user experience and system performance. Existing methods for HF/E information integration (HF/EII) can be categorized into two types: Technology-Centred Design (TCD) and User-Centred Design (UCD). TCD methods integrate HF/E information from the detailed design phase or later, which may cause design modifications and iterations. UCD approaches address HF/E information from the early design phase, which are time-consuming for HF/E requirements collection. The objective of this thesis is dedicated to a new design methodology and tool for HF/EII from the early design phase in a systematic, time-saving, less expensive, and less iteration way. In this thesis, a function-task-behaviour framework has been developed, which provides a systematic and detailed guide for HF/EII from the early design phase. A case study has been presented to validate its feasibility, which offers the theoretical support for method implementation. Thus, an Interaction Design Centre (IDC) module was developed and integrated in CAD software to aid the design work, which provides a practical way for the implementation of FTB framework. It enables designers to (1) catch both functional requirements and non-functional requirements from the early design phase, and (2) convert them into design parameters to carry out the design work. By using IDC module, design modifications and iterations due to belated effort for HF/E consideration can be significantly reduced, thereby providing a satisfactory user experience in the case of meeting the functional requirements. Regarding current method of design solution generation overly relies on designers’ experience, a design solution generation model is developed for producing design solution. Different from current problem solving approaches, this model is easy for designers to cognize and operate. It offers a divergent thinking for design solution generation based on the individual design task. Finally, the major contributions and limitations of our study are presented and the future studies are previewed.

La génération de signaux microondes, millimétriques, voire THz par voie optique est actuellement une solution technique privilégiée pour la réalisation de systèmes de (télé)communications mobiles haut débit mais encore, les réseaux de distribution d'oscillateurs locaux et de signaux d'observation ou de radar intra- satellitaires, la distribution de signaux vidéo, la communication automobile, les systèmes de visualisation THz pour la sécurité, etc..... Nous reportons ici la réalisation et la caractérisation d'une source optique ultra-compacte en matériau semiconducteur permettant de générer deux modes optiques séparés de la fréquence que l'on désire créer au niveau de la photodétection. Cette source prend la forme d'un laser DFB bi-longueur d'onde émettant dans la gamme de longueurs d'onde autour de 1,55μm. Le composant a été fabriqué chez Alcatel- Thales III-VLab à partir d'une technologie propriétaire de laser DFB et dans le cade du projet Européen IPHOBAC. Différents objectifs avaient été fixés pour ce composant: accordabilité de l'écartement intermodal jusque 300 GHz, largeur de raie de l'ordre du MHz et divergence dans le plan horizontal et vertical de 10°. Le premier objectif a été atteint par la réalisation de deux lasers DFB dont l'écart de pas de réseau est différent de 0,3nm et par la variation des courants d'injection de chaque section. Le second a été globalement atteint par l'utilisation d'une structure active à puits quantiques, une nouvelle version du composant utilisant des boites quantiques devrait remplir complètement cet objectif. Le dernier objectif a été partiellement atteint par la conception et l'adjonction d'un adaptateur de mode en sortie de composant, la divergence obtenue est de 10°x17° (HxV). Dans le plan vertical, les 10° de divergence n'ont pas pu être obtenus principalement à cause de la structure du composant et des limitations que l'on s'était imposées sur la longueur totale de celui-ci.

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.

Des patchs en matériaux composites sont classiquement utilisés dans l'aéronautique pour réparer ou renforcer des structures métalliques. Ces deux types de matériaux présentent cependant des coefficients de dilatation très différents. De ce fait, leur assemblage, soumis à de grandes variations de température en cours de fonctionnement, est le siège de contraintes pouvant provoquer la rupture ou le décollement du patch. Afin d'évaluer précisement les distributions de contraintes dans l'assemblage collé, différents modèles de calcul ont été proposés : d'abord un modèle analytique bidimensionnel mettant en évidence des effets liés à la géométrie plane de la structure, puis un modèle thermo-viscoélastique intégrant le comportement non-linéaire de la colle en fonction du temps et de la température. Ces modèles ont été ensuite partiellement validés expérimentalement sur des éprouvettes patchées en utilisant des méthodes de mesure de champs.

The considerable progress in the research and development of thin-walled beam structures responds to their growing use in engineering construction and to their increased need for efficiency in strength and cost. The result is a structure that exhibits large shear strains and important non uniform warping under different loadings, such as non uniform torsion, shear bending and distortion.<p><p>A unified approach is formulated in this thesis for 3D thin walled beam structures with arbitrary profile geometries, loading cases and boundary conditions. A single warping function, defined by a linear combination of longitudinal displacements at cross sectional nodes (derived from Prokic work), is enhanced and adapted in order to qualitatively and quantitatively reflect and capture the nature of a widest possible range of behaviors. Constraints are prescribed at the kinematics level in order to enable the study of arbitrary cross sections for general loading. This approach, differing from most published theories, has the advantage of enabling the study of arbitrary cross sections (closed/opened or mixed) without any restrictions or distinctions related to the geometry of the profile. It generates automatic data and characteristic computations from a kinematical discretization prescribed by the profile geometry. The amount of shear bending, torsional and distortional warping and the magnitude of the shear correction factor is computed for arbitrary profile geometries with this single formulation.<p><p>The proposed formulation is compared to existing theories with respect to the main assumptions and restrictions. The variation of the location of the torsional center, distortional centers and distortional rotational ratio of a profile is discussed in terms of their dependency on the loading cases and on the boundary conditions.<p><p>A 3D beam finite element model is developed and validated with several numerical applications. The displacements, rotations, amount of warping, normal and shear stresses are compared with reference solutions for general loading cases involving stretching, bending, torsion and/or distortion. Some examples concern the case of beam assemblies with different shaped profiles where the connection type determines the nature of the warping transmission. Other analyses –for which the straightness assumption of Timoshenko theory is relaxed– investigate shear deformation effects on the deflection of short and thin beams by varying the aspect ratio of the beam. Further applications identify the cross sectional distortion and highlight the importance of the distortion on the stresses when compared to bending and torsion even in simple loading cases. <p><p>Finally, a non linear finite element based on the updated lagrangian formulation is developed by including torsional warping degrees of freedom. An incremental iterative method using the arc length and the Newton-Raphson methods is used to solve the non linear problem. Examples are given to study the flexural, torsional, flexural torsional and lateral torsional buckling problems for which a coupling between the variables describing the flexural and the torsional degrees of freedom occurs. The finite element results are compared to analytical solutions based on different warping functions and commonly used in linear stability for elastic structures having insufficient lateral or torsional stiffnesses that cause an out of plane buckling. <p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished