Les navires océanographiques de l’Ifremer utilisent des équipements acoustiques de type SONAR afin d’étudier les ressources marines et de caractériser la nature des fonds. Dans certaines conditions de navigation, un entrainement d’air est généré sous la surface libre suite à l’interaction de la houle avec la coque et/ou l’interaction des mouvements du navire avec la surface libre. Des bulles d’air sont ainsi formées et entrainées par l’écoulement sous la coque du navire, ce qui contrarie fortement les performances des équipements acoustiques. L’objectif de cette thèse est de caractériser finement le phénomène de génération de bulles autour de navires dans un bassin de circulation à houle et courant. En tout premier lieu, cette thèse a permis d’étudier l’influence de la géométrie de l’étrave sur le phénomène de bullage. La fréquence d’occurrence et la dynamique des nuages de bulles ont été analysées en 2D autour de trois modèles d’étraves pour différentes configurations d’essais. Ensuite, une étude fine du phénomène a été réalisée et a permis une caractérisation 3D des nuages de bulles générés et propagés autour de la carène. Les bulles ont été caractérisées à l’aide d’une sonde optique. Ces mesures ont permis de calculer les diamètres, les vitesses et le taux de vide des bulles. Enfin, des mesures PIV2D2C et Stéréo-PIV autour de différentes carènes ont permis de corréler l’écoulement hydrodynamique avec la génération et la propagation de bulles. Les résultats obtenus permettent d’identifier les zones où l’interaction entre l’écoulement et l’étrave est prononcée mais aussi la position des bulles générées et propagées. Ils fournissent une base de données intéressante pour les concepteurs de coques des navires et pourraient être utilisés pour la validation de futurs modèles numériques. / The oceanographic research ships of Ifremer use acoustic equipments "SONAR" to study marine resources and to characterize seabeds. Under certain environmental conditions, air entrainment is generated below the free surface due to the interaction between waves and hull and/or the interaction of the ship motions with the free surface. Air bubbles are formed and driven by the flow under the ship hull, which hinders the performance of the acoustic equipment and limits the exploitable sea conditions for acoustic prospecting. The objective of this work is to characterize the phenomenon of bubble generation around different bow models in a wave and current circulating tank. First, this PhD thesis allowed us to study the influence of the bow geometry on the phenomenon. The occurrence frequency and the dynamic of bubble clouds were analyzed in 2D around three bow models for different tested configurations. In the second stage, a detailed study of the phenomenon was carried out and allowed a 3D characterization of the bubble clouds generated and propagated around the hull. An optical probe was used to measure diameters, velocities and void fraction of bubbles generated by breaking bow waves. Finally, PIV2D2C and Stereo-PIV measurements around the different bow models allowed to correlate the hydrodynamic flow field with bubble generation. The obtained results allow to identify the zones where the interaction between the flow and the bow is pronounced and then the position of the bubbles generated and propagated. These results provide an interesting database for ship hull designers and could be used for the validation of future numerical models.

It is estimated that concrete represents 5% of the anthropogenic CO2 emissions, mainly originating from the production of cement, the most essential component of concrete. The recent awareness to the environmental challenges facing our civilization has led the cement industry to consider substituting cement by mineral additions, by-products of existing industries. In this work, a combination of limestone filler and blast furnace slag is used to design an “eco-concrete”, defined as a concrete combining a massive decrease of the cement content as well as mechanical properties and potential durability equivalent to a normal strength concrete. This research reviews the main concrete mix design parameters and their importance when designing an eco-concrete, resulting in five compositions containing various amounts of water, limestone filler and slag. The independent and combined effects of these parameters are observed on the development of the main concrete properties through the use of specific experimental equipment. Continuous non-destructive methodologies to assess efficiently and accurately the properties of any cement-based materials are developed by combining adapted traditional measurements and ultrasonic testing. The question of the early age cracking risk of these concretes is introduced by studying the effect of temperature on the main concrete properties, and a unified model is proposed for taking its effect of the early age autogenous deformation. Finally, new experimental observations are made regarding the behaviour of concrete under fully restrained deformations. The proposed eco-concrete meets many of the requirements of a sustainable construction material. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Afin de fiabiliser la démarche de conception par simulation numérique des structures en composites stratifiés, l’industrie a besoin de modèles matériau dédiés pertinents et de code de calcul robustes. L’objectif de ce travail est de répondre à une partie de ces besoins : valider un mésomodèle d’endommagement des stratifiés, celui développé au LMT Cachan, pour le virtual testing. Une démarche de validation est proposée, basée sur le suivi de l’évolution des mécanismes de dégradation dans le matériau jusqu’à la rupture de l’éprouvette. Elle est ensuite appliquée au modèle sur des essais de tractions sur plaques trouées et d’indentation statique, avec études des effets d’échelle. Le premier cas test montre la capacité du modèle à reproduire le changement de mode de rupture, d’une rupture dominée par la rupture des fibres à celle dominée par le délaminage, mais souligne aussi une certaine faiblesse pour la représentation des zones d’endommagement localisées (splits). Une étude complémentaire, axée sur les mécanismes de fissuration transverse, de délaminage et de leur couplage, permet de corriger en partie le modèle et d’améliorer la compréhension du rôle de ces mécanismes dans la rupture des structures. Pour l’étude de l’indentation, une campagne expérimentale complète est construite et réalisée en collaboration avec le laboratoire ACCIS de Bristol. Elle met en évidence des évolutions de l’endommagement différentes selon l’épaisseur de la plaque, principalement en terme de délaminage. Les premières simulations réalisées montrent une capacité relative du modèle à reproduire l’apparition des dégradations mais aussi des limites numériques du code éléments finis utilisés. / In order to provide reliable numerical simulations for the design of composite structures, both accurate, physically based material models and high performance numerical codes are necessary. The aim of this thesis is to validate one of these models: the LMT damage mesomodel for laminated composites. A new validation process, based on the evolution of the degradation mechanisms in the material up to failure, is defined. This approach is then applied on two chosen test cases: open-hole tensile tests and static indentation tests, focusing on the scaling effects. The first test case highlights the model capabilities to mirror the failure mode change with ply thickness: from a fiber breaking dominated failure to a delamination dominated one. Nevertheless, it also underlines one of the model weaknesses: the bad representation of localised damage such as splits. A study of the transverse cracking, the delamination and their interaction allow to improve the capabilities of the model and to understand in depth the role of these mechanisms in the structure failure. Concerning the static indentation, a complete experimental campaign was built and performed in collaboration with the ACCIS laboratory in Bristol. It brings out different damage evolution depending on plate thickness that can be used to validate the model. The first simulations performed show that the model does not manage to mirror all the experimental observations, and underline numerical limitations of the finite elements code used.

Ce travail concerne l’étude expérimentale et la modélisation du comportement d’un matériau composite agrégataire utilisé comme simulant pour les explosifs à poudre polymérisée (PBX). Dans un premier temps, une large campagne d’essais expérimentaux a été menée en utilisant certains protocoles expérimentaux originaux. Ces essais comprennent, des essais de : traction, compression, traction/compression alternées, compression triaxiale, compression 0°-90°-0°, couloir, torsion et torsion confinée. Les résultats expérimentaux ont permis de mettre en évidence les différents aspects de comportement du matériau : anisotropie induite par l’endommagement, effectivité, viscoélasticité, boucles d’hystérésis, sensibilité à la pression hydrostatique et présence des déformations irréversibles. Dans un deuxième temps, un modèle de comportement viscoélastique plastique endommageable a été proposé en utilisant une formulation microplan. Ce modèle a été implémenté dans un logiciel de calcul par éléments finis (Abaqus/Standard). Les essais ont été ensuite simulés et les résultats ont été comparés aux données expérimentales puis discutés. Enfin, deux critères qui gouvernent la rupture des matériaux étudiés, ont été identifiés. Ces critères ont été initialement développés dans la littérature pour le béton qui présente une microstructure et un comportement global similaires à ceux des matériaux agrégataires. / This study deals with the experimental investigation and the modelling of the behaviour of an aggregate composite material used as a simulant for Plastic-Bonded Explosives (PBX). At first, a large experimental campaign was conducted using some original experimental protocols. These tests include: tension, compression, alternated tension/compression, triaxial compression, compression 0°-90°-0°, channel-die, torsion and confined torsion. The experimental results highlighted different aspects of behaviour: damage induced anisotropy, effectivity, viscoelasticity, hysteresis cycles, sensitivity to hydrostatic pressure and presence of irreversible strains. At second, a damageable viscoelastic plastic model was proposed using microplane formulation. This model was implemented in finite element software (Abaqus/Standard). The tests were then simulated and the results compared to the experimental data, and then discussed. Finally, two failure criteria that govern the failure of the studied materials were identified. These criteria were initially developed in the literature for concrete materials that present a microstructure and behaviour similar to those of aggregate materials.

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Les boues rouges sont des résidus alcalins du traitement de la bauxite pour produire de l'alumine dans les alumineries. Elles peuvent traiter de façon efficace les affluents acides produits par les exploitations minières. Le Bauxsol provient d'un procédé de traitement des boues rouges à l'eau de mer développé par la compagnie Virotec International Ltd. Le Bauxsor"^ peut être utilisé de diverses façons : par arrosage direct sur les piles de résidus ou de stériles miniers (traitement actif) ou par barrière perméable réactive (traitement passif). Pour ce mémoire, il sera question de l'évaluation de performance d'une barrière perméable réactive à base de divers mélanges de Bauxsor*^ avec du matériel commun. Des essais ont été menés en laboratoire avec un système de plusieurs colonnes de plexiglas pour bien simuler ce type de traitement passif L'ajout d'un matériel au média réactif s'est fait dans le but d'augmenter la porosité à l'intérieur des colonnes pour réduire ou même empêcher le colmatage de ces dernières par les dépôts. Les résultats de ces expérimentations ont démontré que le Bauxsol^*^ offre un très bon potentiel de traitement et qui est possible de réduire l'effet de colmatage à l'intérieur des colonnes en ajoutant un matériel poreux au Bauxsol^"^ et en réduisant le débit d'alimentation. / Red mud is an alkaline residue from the bauxite treatment to produce alumina in the aluminium smelters. The residue can effectively treat the acid effluents produced by mining operations. Bauxsol^'^ is produced form red mud using a seawater treatment developed by the company Virotec International Ltd. Bauxsol can be used in many ways: by direct vaporization of Bauxsol on mine tailings or waste piles (active treatment) or by permeable reactive barriers (passive treatment). In this thesis the performance of Bauxsol^'^ as a reactive material in permeable reactive barriers is evaluated using various mixes of BauxsoF"^ and inert materials. Laboratory tests have been carried out in several Plexiglas columns in order to better simulate this type of passive treatment. Inert materials were added to the reactive media (Bauxsol ^'^) in order to increase porosity and to reduce or prevent clogging inside columns. The results of these experiments showed that Bauxsol^"^ offers a very good treatment potential and that it is possible to reduce the clogging effect inside the columns by mixing BauxsoF*^ with a porous material and by reducing the leaching rates.

La conception des ouvrages miniers souterrains repose sur une caractérisation géotechnique du massif rocheux. Lors des essais en laboratoire sur le roc intact, les données géotechniques sont amassées suivant les recommandations prescrites par la Société internationale de mécanique des roches (SIMR) (Brown, 1981). Bien que les essais en laboratoire sur le roc intact soient effectués selon les recommandations de la SIMR, ils ne sont pas réalisés d’une manière optimale quant au nombre de spécimens testés, à la localisation des essais, à la temporalité des essais, aux critères de rejet de certains spécimens testés et à l’utilisation des résultats dans la définition du critère de Hoek-Brown. Avec le coût élevé des essais en laboratoire, il est primordial d’optimiser les campagnes d’essais en laboratoire et de s’assurer d’utiliser et de maximiser l’information provenant des résultats tout en s’assurant de leur représentativité. À l’aide de deux études de cas réalisées sur des sites miniers québécois, ce mémoire a pour objectif global d’effectuer la caractérisation statistique de paramètres géomécaniques dans le but d’optimiser les campagnes d’essais et de de maximiser l’information obtenue par l’entremise d’essais en laboratoire sur le roc intact. Les analyses statistiques permettront de mieux quantifier la connaissance des propriétés du roc intact dans le cadre d’un projet minier. Elles permettront également d’optimiser le nombre d’essais à réaliser tout en s’assurant de la représentativité des résultats. Finalement, elles permettront d’identifier plus efficacement de nouvelles cibles de caractérisation.

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Le présent projet porte sur l’étude du comportement de deux excavations réalisées dans l’argile marine de l’est du Canada. Une tranchée à paroi verticale et une tranchée avec une pente de 32˚ ont été excavées sur le site expérimental du Ministère des Transports du Québec situé à Louiseville. Une revue de la littérature met en lumière l’aspect législatif et les règles directrices encadrant les travaux de fouille, le comportement théorique des excavations et plusieurs histoires de cas. Le projet contient une caractérisation géotechnique du sol basée sur des essais de laboratoire et des essais in situ. Une description détaillée du système d’acquisition, des capteurs, des branchements et du traitement des données est réalisée. Les mouvements de terrain observés, les variations de pressions interstitielles et les déformations ont fait l’objet d’une analyse pour rendre compte de leurs interactions. Les sols rencontrés lors de l’excavation sont un dépôt d’argile silteuse surmonté d’une croûte argileuse fissurée de 2 m d’épaisseur. Le dépôt est constitué d’une fraction argileuse de 80%, avec un indice de plasticité de 52% et un indice de liquidité de 1,1. La résistance mesurée au scissomètre varie 19 kPa à 2 m de profondeur à 60 kPa à 19,5 m. La sensibilité moyenne au cône tombant est de 20 et le ratio de surconsolidation, OCR, est de 4,3 à 2,2 m et décroit à 3,9 à 3,41 m de profondeur. La tranchée verticale a atteint une profondeur de 5 mètres avant la rupture, soit 5 heures 30 minutes après le début de l’excavation. La tranchée talutée a atteint une profondeur de 4,2 mètres et a été laissée ouverte 90 jours sans que des mouvements de sol soient observés. Un essai de chargement a été réalisé sur 3 jours afin de faire réagir le sol derrière la pente, mais la rupture n’a pas été atteinte.

Une étude en modèle réduit a été entreprise en vue de déterminer les forces, les moments et le franchissement des vagues sur des murs munis de déflecteurs ou chasse-mer. Ces ouvrages sont placés en bordure des routes longeant la mer, particulièrement sur la péninsule gaspésienne. Les essais ont été effectués dans le canal à houle du laboratoire d'hydraulique de l'Université Laval, sous les conditions de vagues, régulières, de profondeurs d'eau et pour une pente du fond de 1 : 10 devant le mur. Les essais en laboratoire ont également été réalisés sur deux murs de hauteur différente, soit à une échelle de Fraude de 1 : 15. Quatre déflecteurs, ayant des rayons de courbure de 40 et 80 mm à l'échelle de 1 : 15 et de 30 et 60 mm à l'échelle de 1 : 15, ont été testés en laboratoire, de façon à comparer leur effet sur les forces et le franchissement des vagues. Les données des hauteurs de vagues, des forces et des moments ont été enregistrées à l'aide du logiciel DaisyLab®, puis calculées à l'aide du logiciel Matlab et enfin analysées dans Excel pour en obtenir les statistiques de leur variabilité. Le montage expérimental est décrit dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente les différentes conditions des essais effectués en laboratoire. Les résultats et leurs interprétations sont présentés dans le chapitre 4. Le chapitre 5 présente les analyses statistiques. La conclusion et les recommandations découlant de cette étude se retrouvent au dernier chapitre.