Les constructeurs automobiles travaillent depuis bon nombre d'années à réduire le poids de leurs voitures en incluant des composantes en aluminium fabriquées par moulage. Le moulage par voie semi-solide permet de réaliser des pièces de haute qualité avec une cadence de production élevée. Afin de prédire la qualité de solidification des pièces moulées, il faut résoudre des simulations numériques et ces dernières nécessitent la connaissance du coefficient d'interface de transfert de chaleur (h). Le h est une valeur qui permet de quantifier l'échange thermique qui se produit entre la pièce et le moule tout au long du processus de moulage. Ce coefficient change en fonction du temps puisque la qualité du contact entre les deux surfaces est en constante évolution en cours de moulage. Puisqu'il existe peu d'information dans la littérature en lien avec les h obtenus en utilisant du métal à l'état semi-solide et que cette information est nécessaire pour effectuer les simulations numériques, un objectif a été mis de l'avant afin de pouvoir résoudre la problématique. Cet objectif vise à obtenir une banque de données de h pour le moulage sous pression de l'aluminium A357 à l'état semi-solide pour certains paramètres de moulage, ou facteurs, considérés importants, soient : la température du moule, la vitesse du piston, la pression d'intensification, la quantité et le type de lubrifiant. La démarche scientifique utilisée pour atteindre cet objectif inclut des travaux expérimentaux, numériques et statistiques. Un plan d'expériences fractionnaire est élaboré de façon à optimiser le nombre d'essais expérimentaux de moulage sous pression devant être réalisé. Pour chacun des essais du plan d'expériences, un lopin semi-solide est fabriqué selon le procédé SEED avec la recette développée pour l'aluminium A357. Une courbe de calibration a été obtenue expérimentalement afin de connaître la température en régime stationnaire que doit atteindre le moule avant de procéder au moulage. La température du moule en régime stationnaire présente une relation linéaire avec la consigne de température donnée aux unités de régulation Regloplas. Lors de l'opération de moulage, des thermocouples placés stratégiquement à l'intérieur du moule permettent de mesurer l'évolution en température tout près de l'interface pièce/moule. Cette information est nécessaire pour procéder aux simulations numériques visant à déterminer, par le biais d'une méthode de calcul inverse, l'évolution du h qui caractérise le transfert de chaleur entre la pièce et le moule. Les simulations numériques s'effectuent à l'aide du logiciel ProCAST. Le modèle numérique et la méthodologie numérique utilisés dans le cadre du projet ont été élaborés suite à une étude de sensibilité approfondie portant sur différents facteurs. Cette étude a permis de faire ressortir quelques conclusions intéressantes : La présence du trou permettant l'insertion du thermocouple dans le moule, les valeurs choisies pour les paramètres de résolution TAU et DTMAX ainsi que la position du thermocouple (pointe du trou) sur la géométrie du modèle numérique sont quatre facteurs étudiés indépendamment qui affectent beaucoup l'évolution du h obtenue par calcul inverse à l'interface pièce/moule. Un TAU de 1 s, un DTMAX de 1 s et la position du thermocouple à 2,6 mm de l'interface sont trois conditions vérifiées qui démontrent une différence marquée au niveau des évolutions du h par rapport à celle obtenue avec le modèle optimisé (TAU = 0,001 s, DTMAX = 0,01 s et position du thermocouple à 1,6 mm de l'interface). La taille du maillage discrétisant le domaine du modèle étudié, le pas de temps choisi pour exprimer les valeurs initiales du h de 0 à 3 s ainsi que l'angle présent dans le fond du trou permettant l'insertion du thermocouple sont trois facteurs étudiés indépendamment qui affectent dans une certaine proportion l'évolution du h obtenue par calcul inverse à l'interface pièce/moule. Un maillage grossier, un pas de temps de 1 s et un angle de 45° dans le fond du trou sont trois conditions vérifiées qui démontrent une certaine différence au niveau des évolutions du h par rapport à celle obtenue avec le modèle optimisé (maillage raffiné, pas de temps de 0,1 s et angle de 67,5°). La dimension du modèle (ID ou 2D), la température initiale imposée à la partie moule du modèle étudié (identique en tout point du moule ou varie linéairement tel un gradient) et la température initiale imposée à la partie pièce du modèle étudié (586,5 ou 591,5 °C) sont trois facteurs étudiés indépendamment qui n'affectent que peu ou pas les évolutions du h obtenues par calcul inverse à l'interface pièce/moule. Cette même conclusion peut être tirée lorsque le modèle numérique pièce/moule est simplifié en imposant une condition de Dirichlet à un endroit donné du moule ou que le modèle étudié soit couplé ou découplé. Les courbes de h ont été déterminées pour chacun des essais retrouvés dans le plan d'expériences. Un modèle mathématique simple représentant l'évolution type du h a été appliqué à l'ensemble des courbes. Le modèle mathématique se divise en deux zones : évolution linéaire du h jusqu'à une valeur maximale (0 à 0,1 s) et décroissance exponentielle du h jusqu'à un régime stationnaire (0,1 à 25 s). Les valeurs de quatre variables réponses (m, a, b, ho) ont été prélevées sur chacune des courbes et incluses dans le logiciel Statgraphics pour effectuer une analyse statistique. L'analyse statistique a permis de faire ressortir un système d'équations, associé aux variables réponses, capable de reproduire le modèle mathématique décrivant l'évolution du h pour des conditions de moulage données. Ce système d'équations donne accès à une banque de données de h considérant les cinq paramètres de moulage étudiés et l'étendue des valeurs retrouvées dans le plan d'expériences. Les évolutions du h obtenues suite à l'évaluation des équations donnent tout de même de très bons résultats, mais une amélioration pourrait être faite en utilisant un modèle mathématique plus représentatif des valeurs de h obtenues suite aux calculs inverses et/ou en traitant davantage de données dans l'analyse statistique. L'analyse statistique a également mené à l'identification du paramètre de moulage dont l'influence est la plus marquée sur le h parmi ceux étudiés, soit la pression d'intensification. D'autres facteurs et interactions influencent également le h, mais de façon moins significative.

Le renversement (l'instabilité) des véhicules lourds est un problème important de sécurité routière dans le monde entier. Plusieurs études ont indiqué qu'une proportion significative des accidents des véhicules lourds comporte le renversement. Malgré le progrès réalisé dans le domaine de la stabilité des véhicules lourds, les accidents dus au renversement des véhicules lourds porteurs ou semi-remorques sont omniprésents. En particulier, le renversement des camions citernes qui sont très dangereux à cause de leur architecture très complexe et surtout s'ils transportent des matières dangereuses (TMD). Les caractéristiques de la performance dynamique et de la stabilité des camions citernes partiellement remplis sont sensiblement influencées par le mouvement de la charge du liquide dans la citerne. La réponse dynamique et la stabilité des camions citernes partiellement remplis sont étudiées, analysées et caractérisées par le développement d'un modèle analytique de ballottement du liquide et un modèle numérique basé sur les équations complexes de Navier-Stokes. L'analyse des réponses dynamiques des camions citernes est évaluée sous l'excitation de différentes manoeuvres. La comparaison entre le modèle analytique et le modèle numérique pour des citernes avec et ou sans chicanes est évaluée en termes de décalage de la charge du liquide (déplacement des coordonnées du centre de masse), les forces et les moments dus à la pression du ballottement du liquide et la variation des moments d'inertie de masse. Plusieurs manoeuvres tant dans le plan latéral que longitudinal, tels que le mouvement dans une courbe, le changement de voie simple et double et le mouvement de freinage sont considérés. Des conditions critiques de remplissage de la citerne (r = 50 ? 75%) sont choisies pour analyser cette comparaison entre les deux modèles analytique et numérique. Un modèle de véhicule complet est développé pour étudier le comportement dynamique dans les deux plans latéral et longitudinal sous l'application des excitations latérales et longitudinales. Ce modèle est comparé et validé par le logiciel Trucksim de renommée mondiale dans le domaine de la dynamique des véhicules. Le modèle analytique du ballottement du liquide est intégré au modèle du véhicule comme un sous-système (système multicorps). Dans cette recherche les deux modèles de véhicules d'unité et articulé sont analysés. Ceci est pour étudier l'impact du décalage de la charge du liquide sur la réponse dynamique des camions citernes partiellement remplis. Les réponses dynamiques des camions citernes sont comparées à celles des véhicules avec charge fixe équivalente. De cette étude, nous pouvons conclure que le mouvement du ballottement du liquide dans les citernes peu réduire la stabilité du véhicule dans les deux plans latéral et longitudinal et rendre la conduite des camions citernes difficile et dangereuse. Les résultats de cette recherche, pourraient nous aider à mieux modéliser ce genre de problème complexe. Ceci nous permettra de répondre à quelques interrogations dans le domaine de la sécurité et la stabilité des véhicules lourds, en particulier pour les camions citernes.

Ce travail de recherche a pour objectif de développer une méthode pratique de prédiction de la durée de vie en fatigue de structures d'aluminium tubulaires soudées à parois minces. Cette étude étant réalisée en partenariat avec Cycles Devinci inc., la méthode est appliquée spécifiquement au dimensionnement des cadres de vélo. Une analyse métallurgique effectuée sur un échantillon de cadre de vélo fissuré en conditions réelles d'utilisation démontre qu'il s'agit bien d'un cas de fatigue amorcé dans la zone de concentration de contrainte située au pied du rayon de raccordement du cordon de soudure. Un modèle de calcul des contraintes locales aux joints soudés par éléments finis est développé, puis appliqué à des essais de fatigue sur des structures soudées simples en forme de « T ». Une courbe S-N de contrainte locale est ainsi obtenue. La méthode de calcul des contraintes et la courbe de fatigue sont validées par des essais de fatigue à amplitude constante sur des structures en T plus complexes et des cadres de vélo. Les résultats démontrent la pertinence d'utiliser des structures simples et un modèle de calcul des contraintes locales pour le développement de la méthode. La méthode est ensuite appliquée à l'estimation de la durée de vie en fatigue sous chargement d'amplitude variable. Les résultats montrent que la règle de Miner linéaire donne des estimations conservatrices de la durée de vie sous amplitude variable. La règle de Miner non-linéaire avec un exposant de 1,062 permet des prédictions plus précises. Suite à son développement et à sa validation, la méthode en son ensemble est appliquée à l'estimation de durée de vie d'un cadre de vélo de route Devinci. Les résultats prouvent l'efficacité de la méthode proposée, mais également la nécessité de valider les calculs de durée de vie par des essais en laboratoire. Finalement, des recommandations sont proposées afin d'optimiser la méthode et de faciliter son application à l'intérieur du processus de conception des cadres de vélo chez Cycles Devinci. Ainsi, la méthode développée au cours de ce projet permet d'estimer de façon pratique et plutôt précise la durée de vie en fatigue de structures d'aluminium tubulaires soudées sous chargement complètement alterné d'amplitude constante ou variable.

L'objectif de cette thèse consiste à évaluer le potentiel d'utilisation des pièces automobiles en alliages légers dans l'industrie automobile, en étudiant leur durée de vie en fonction de différents paramètres comme l'effet dynamique de la suspension, la nature de l'excitation, la géométrie et le poids de la pièce. La pièce est en alliage d'aluminium 7075-T6, ayant une géométrie semblable à celle qui existe dans le système de suspension d'un quart de véhicule en acier en l'occurrence le bras de suspension inférieur. Nous avons aussi étudié la possibilité d'optimiser le poids du bras de suspension supérieur du véhicule en fonction de sa durée de vie et ses fréquences naturelles. L'épaisseur est variée puisque l'état des contraintes est plan pour une flexion selon la direction de l'épaisseur de la pièce. En effet, la variation de l'épaisseur affecte le profil des contraintes, la densité d'énergie de déformation (SENER) et la durée de vie. Nous avons abordé cette recherche avec une étude exhaustive sur les différents types de critères de fatigue utilisés dans le domaine de la rupture des pièces métalliques sous des sollicitations dynamiques. Notre modèle est basé sur le critère multiaxial de la densité d'énergie de déformation, équivalent au cas analytique uniaxial. En effet, l'approche énergétique nous permet de comparer deux tenseurs de même ordre, cas multiaxial et du cas uniaxial. Dans les deux cas, uniaxial et multiaxial, la densité d'énergie de déformation est un tenseur d'ordre zéro. Nous avons démontré qu'on peut passer d'une excitation aléatoire de déplacement, décrite par une densité spectrale de puissance PSD, à une excitation directe par une force par la normalisation de cette dernière et en multipliant par un facteur commun calculé à partir des données dynamiques du véhicule. Deux cas de non linéarité sont rencontrés dans la présente étude : le couplage élasto-plastique du matériau et la non linéarité géométrique lors de la simulation numérique. Le couplage élasto-plastique décrivant la non linéarité du matériau, est décrit par la relation liant la déformation s et la contrainte a à partir de la relation de Ramberg-Osgood. Pour éviter l'utilisation de la méthode Newton-Raphson dans tous les éléments du maillage, nous avons créé une interface Matlab pour identifier les éléments critiques. Le signal SENER de l'élément est corrigé pour y enlever les anomalies par un algorithme de l'interface Matlab WAFO (Wave Analysis for Fatigue and Oceanography). L'extraction des cycles « rainflow » est faite selon la formulation de Markov afin de calculer le nombre de répétition, du signal de chargement à la rupture, calculé à partir de la règle de Miner. Les résultats montrent que le signal de chargement étudié doit se répéter 5,45xlO10 fois jusqu'à la rupture de la pièce, en alliage d'aluminium 7075-T6 ayant une épaisseur de 2,5cm. Nous avons démontré que l'utilisation d'une pièce en alliage d'aluminium peut donner la même durée de vie qu'une pièce en acier toute en gagnant environ 36% en poids. L'optimisation de la forme de la pièce nous permet de la rendre plus légère et ses fréquences naturelles loin du spectre de la densité spectrale de puissance PSD décrivant le profil de la chaussée. En plus, cette procédure permet une optimisation du poids de la pièce par rapport à sa durée de vie et ses modes propres dans des délais de temps raisonnables dans un maillage grossier ou raffiné, par rapport à la méthode directe.

Les recherches menées au sein des chaires CIGELE et INGIVRE ont permis de développer une technique mécanique pour mesurer la force d'adhérence de la glace atmosphérique à l'aide d'un film de PVDF piézoélectrique disposé à l'interface glace/substrat. Le substrat est une poutre d'aluminium sur laquelle le film PVDF est collé et la glace atmosphérique déposée artificiellement à partir de gouttelettes d'eau surfondues. La poutre composite ainsi formée, dont une extrémité est encastrée sur un pot vibrant, est soumise à une flexion simple par une vibration obtenue grâce au pot vibrant. Les résultats préliminaires obtenus ont permis de démontrer la validité de la méthode ainsi que la sensibilité de la mesure aux différents matériaux et états de surface des poutres utilisées. Cependant, la méthode proposée n'a pas été étalonnée. De plus, telle que proposée, la méthode ne permettait pas de vérifier l'influence de certains paramètres comme la vitesse d'application de la contrainte à l'interface ainsi que l'influence de l'épaisseur de glace. Dans ces conditions, une automatisation ainsi qu'un étalonnage de la méthode a été réalisée. L'étalonnage de la méthode est basé sur le développement d'un modèle numérique par éléments finis de l'ensemble constitué de la poutre en aluminium et du film PVDF collé à la surface de cette dernière. Ainsi, un écart de 11,7% entre les résultats numériques et expérimentaux a été obtenu, ce qui est considéré comme acceptable étant donné que l'influence du collage du film PVDF sur la poutre n'a pas été prise compte. De plus, grâce à l'automatisation de la méthode, l'influence de la vitesse d'augmentation de l'amplitude de vibration sur la mesure a pu être réalisée. Les résultats obtenus avec trois vitesses différentes ont permis de démontrer que la méthode est indépendante de la vitesse à laquelle l'amplitude de la vibration est augmentée. La variation de cette dernière a pour seul effet de faire varier proportionnellement le temps de délaminage. Cela n'est cependant pas le cas de l'épaisseur du dépôt de glace qui influence significativement la valeur de la mesure. Les tests expérimentaux, effectués avec trois épaisseurs pour une vitesse d'application de la contrainte constante, révèlent une forte dépendance de la mesure en fonction de l'épaisseur du dépôt de glace. Ainsi, la contrainte mesurée diminue avec l'augmentation de l'épaisseur du dépôt de glace jusqu'à s'annuler lors que l'axe neutre se situe à l'interface glace/substrat.

La présence de glace sur les structures mécaniques sont généralement à l'origine de nombreux problèmes récurrents. L'accumulation de glace sur les ailes d'un avion ou sur les pales d'hélicoptère, sont, chaque année, à l'origine de nombreux accidents mortels. Dans les régions nordiques, la surcharge occasionnée par la présence de glace sur les lignes de transport provoque des pannes de courant de longues durées durant les périodes froides. Dans ce contexte, il devient essentiel d'établir une meilleure compréhension du comportement à l'interface glace-substrat et ce, afin d'améliorer les techniques de dégivrage et de déglaçage des structures mécaniques. L'approche proposée consiste à développer un outil numérique prédictif du déglaçage des structures mécaniques dont certains paramètres caractéristiques des matériaux en cause et de l'interface glace-substrat auront été calés sur des résultats expérimentaux. Dans cette étude, le déglaçage d'une lamelle en aluminium par la mise en tension de cette dernière a été examiné. Entre autres, ces résultats expérimentaux ont démontré que l'énergie induite dans le système composite (aluminium-glace) à haut taux de déformation (10"3 s"1) se traduit soit par le déglaçage ou encore par la fissuration de la glace et ce, en fonction de l'épaisseur de glace produite sur la lamelle à une température de-10°C. Parallèlement, un modèle numérique a été développé à l'aide du logiciel ABAQUS afin de simuler adéquatement l'essai expérimental. La lamelle d'aluminium est considérée élastique tout en prenant en compte la présence potentielle des non-linéarités géométriques. La loi de comportement de la glace est considérée similaire à celle d'un béton classique. Dans cette optique, une loi de comportement du type « brittle cracking » s'est avéré un choix judicieux. Les paramètres de cette loi ont été calés sur un essai de traction sur un échantillon de glace. L'interface, quant à elle, a été modélisée à l'aide d'une loi d'adhésion. Les paramètres de cette loi qui permettent, entre autres, la prédiction du début ainsi que de l'évolution de l?endommagement à l'interface, ont été calés sur l'essai de traction réalisé. Les résultats numériques obtenus permettent de corroborer fidèlement le déglaçage de la lamelle étudiée en laboratoire.

Les travaux présentés ici ont pour objet l'étude fondamentale de l'écoulement gaz-liquide dans un canal ouvert vers le bas. Cette étude permettra de mieux comprendre l'effet des rainures de l'anode sur la cuve d'électrolyse. La complexité du phénomène étudié fait en sorte qu'il est nécessaire d'avoir recours à l'expérimentation en utilisant un modèle à eau de l'écoulement dans un canal ouvert. Ces expériences permettent tout d'abord de décrire en détail la morphologie de l'écoulement. Comme il a déjà été observé dans d'autres écoulements gaz-liquides, différents régimes d'écoulement sont répertoriés pour le canal ouvert vers le bas. La mesure de différentes variables dans l'écoulement notamment la fraction volumique des phases, la taille des bulles, de même que la vitesse des bulles et du liquide permet de mieux comprendre les régimes d'écoulement et les transitions et permettra l'élaboration et la validation d'un modèle mathématique de l'écoulement dans la rainure. En plus de s'intéresser à l'écoulement dans un canal ouvert vers le bas, les travaux réalisés ont permis d'étudier l'effet de cet écoulement sur la couche de bulles sous l'anode. Grâce à l'expérimentation sur un modèle à eau, les variables comme le taux de couverture par le gaz ou la distribution de la taille des bulles ont pu être mesurées sur une anode rainurée ou non. Des techniques non intrusives basées sur l'analyse d'image ont permis de recueillir toutes les données nécessaires sur l'écoulement. Les caractéristiques précises de l'écoulement étudié ainsi que la nature des mesures devant être effectuées ont rendu nécessaire le développement d'outils d'analyse d'image spécifiquement pour l'étude de l'écoulement dans la rainure. Ces outils utilisent les principes fondamentaux de traitement et d'analyse des images et peuvent être utilisés à la fois pour un écoulement confiné entre deux plaques ou le mouvement des bulles sous une surface.

Au cours des années doctorales, deux des principaux aspects concernant le rôle des bulles dans une cuve d'électrolyse ont été étudiés : l'écoulement engendré par celles-ci et l'augmentation de la résistance électrique causée par leur présence sous l'anode. Les quatre premiers chapitres de la thèse sont principalement dédiés au premier aspect tandis que le dernier porte sur la résistance électrique. Dans le premier chapitre, une modélisation numérique de l'écoulement engendré par les bulles a été effectuée. Pour la première fois, un modèle polyphasique euler-euler a été utilisé. Les résultats obtenus numériquement ont été comparés à ceux mesurés dans un modèle physique à eau. La comparaison a montré que le champ d'écoulement global est similaire dans les deux cas, mais que la grandeur du champ de vitesse est légèrement supérieure dans le cas du modèle numérique. Une partie de cette différence est attribuée au fait que les données quantitatives concernant le mouvement d'une bulle sous une surface légèrement inclinée n'étaient pas disponibles. Au deuxième chapitre, les influences de l'inclinaison de la surface, du volume des bulles et des propriétés du liquide sur le mouvement d'une bulle sous une surface légèrement inclinée sont étudiées expérimentalement. Pour l'ensemble des études réalisées, les bulles se déplaçaient en régime de mouillage complet, c.-à-d. que la bulle et la surface solide sont séparées par un mince film de liquide. Au chapitre 3, un capteur à fibres optiques a été développé pour mesurer l'épaisseur de ce film de liquide. Cette dernière est un paramètre important pour comprendre le rôle du film liquide sur le mouvement de la bulle. Le capteur tient compte de la perturbation engendrée par la présence de l'interface inférieure de la bulle. Par la suite, deux régimes asymptotiques du mouvement d'une bulle sous une surface ont été étudiés au chapitre 4. Le premier est dominé par la dissipation visqueuse associée à l'existence du film tandis que le deuxième est principalement contrôlé par l'inertie. Finalement, dans le dernier chapitre, un modèle mathématique qui évalue l'augmentation de la résistance électrique engendrée par la présence d'un grand nombre de bulles sous des conditions normales d'électrolyse est présenté. Le modèle mathématique proposé prend comme données d'entrée les sorties du simulateur de la couche gazeuse développé à l'Université du Québec à Chicoutimi. Auparavant, une étude quantifiant l'influence de la forme de la bulle sur l'augmentation de la résistance électrique est effectuée.

L'origine de la technologie de la mise en forme des métaux semi-solides remonte à plus de trente ans. L'industrialisation du moulage d'alliages semi-solides ne s'est répandue que depuis une dizaine d'année et elle a amené une nouvelle problématique, soit le développement de moules spécifiques. Les concepts utilisés pour fabriquer des moules pour l'injection d'alliages liquides ne garantissent par la performance avec l'utilisation d'alliages semi-solides. Surtout dans le moulage sous pression où la phase de remplissage du moule est critique lors de l'utilisation d'alliages semi-solides. Des outils de simulation numérique sont nécessaires pour concevoir et optimiser les moules. Ce travail à donc comme objectif de déterminer la validité d'un modèle mathématique à une phase utilisé dans un environnement de simulation isotherme pour reproduire l'écoulement de l'aluminium semi-solide dans le moulage sous pression. Une moule utilisé pour fabriquer des éprouvettes de traction sert de témoin. Ce moule a été choisi parce qu'il présente des difficultés lors de son remplissage. Dans un premier temps, la modélisation physique avec un fluide analogue est utilisée pour reproduire les conditions d'injection de l'aluminium semi-solide. La pâte de tomate a été choisie comme fluide analogue pour ses propriétés pratiques et rhéologiques. Une réplique de moule a été fabriquée. Celle-ci utilise des parties en acrylique pour permettre l'enregistrement vidéo du remplissage du moule. Une caméra numérique capturant jusqu'à mille images par seconde a réalisé cet enregistrement. Diverses conditions de vitesses d'injections et de configuration du système de ventilation ont été mises à l'essai et enregistrées. Ces conditions ont été reproduites dans le logiciel de simulation ProCAST. Un modèle mathématique à une phase a servi à modéliser la viscosité de la pâte de tomate en fonction du taux de cisaillement. Ce modèle a été étalonné d'après la caractérisation rhéologique expérimentale de la pâte de tomate. Les résultats des simulations montrent une bonne concordance avec les vidéos des remplissages expérimentaux. L'environnement de simulation a ainsi été validé. Par la suite, un modèle mathématique a été utilisé pour représenter l'aluminium semi-solide dans le même environnement de simulation. Le modèle de rhéologie de l'aluminium semi-solide est une loi de puissance. Les caractéristiques de ce modèle ont été tirées des travaux antérieurs d'Orgéas. Ils permettent de comparer les résultats avec d'autres dans la littérature. Pour valider ces simulations, une série de moulages de pièces en aluminium semi-solide a été réalisée. Cette série comprend plusieurs pièces de remplissage partiel et quelques pièces complètes. Les pièces de remplissage partiel montrent l'écoulement du fluide lors de l'injection à divers temps fixés. Les pièces complètes permettent d'analyser les produits finis en métallographie. La combinaison de ces résultats montre que les simulations de l'écoulement de l'aluminium semi-solide permettent de prévoir le patron de remplissage. Le modèle à une phase n'est cependant pas en mesure de reproduire la ségrégation des phases, présente dans le moulage expérimental. Ce phénomène peut être évité en produisant une distribution symétrique du fluide dans le moule. La comparaison des résultats expérimentaux obtenus avec l'aluminium semi-solide et avec la pâte de tomate permet d'établir que cette dernière est un bon fluide analogue pour l'aluminium semi-solide. La modélisation physique peut donc être utilisée dans le développement de moules. Il est plus rapide de simuler diverses vitesses d'injection en modélisation physique qu'en modélisation mathématique. Les outils pour la conception et le développement de moules spécifiques à l'utilisation d'aluminium semi-solide ont été validés. Un modèle à une phase permet de reproduire le comportement macroscopique de l'aluminium semi-solide lors de l'injection dans un moule, si le moule n'est pas propice à la ségrégation des phases. Ceci permet de mettre à l'essai plusieurs géométries de moule sans nécessiter de fabrication. Remerciements Ce travail a été réalisé à l'Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) en collaboration étroite avec le Centre des Technologies de l'Aluminium (CTA). L'auteur est sous la supervision du Professeur André Charette de l'UQAC et du Docteur Dominique Bouchard du CTA. Un support particulier a été fourni par Frédéric Pineau (CTA) en modélisation. La fabrication du moule a été assurée par Antoine Pelletier de l'Institut des matériaux industriels. La modélisation physique a été réalisée à l'usine pilote installée dans les locaux chez STAS avec Roberto Chevarie et Stéphane Leclerc. Chang-Qing Zheng (CTA) a aussi permis de réaliser les pièces moulées sur la presse. Le procédé SEED, breveté par Alcan Inc., a été utilisé pour produire l'aluminium semi-solide.

L'objectif général de cette thèse de doctorat est de développer des modèles mathématiques permettant d'évaluer l'énergie requise pour le dégivrage thermique par effet Joule des conducteurs aériens de transport de courant et ainsi prévenir la formation de glace dans des conditions météorologiques et de transmission électrique variées. Les prédictions de ces modèles analytiques ont été validées expérimentalement dans le but d'évaluer la puissance prédictive de ces modèles. Premièrement, un modèle a été établi pour calculer l'intensité de courant minimum nécessaire pour empêcher la formation de glace sur un conducteur de ligne à haute tension. Des coefficients de correction, tenant compte de d'eau de ruissellement sur la surface du conducteur, de même que la dérivation du film d'eau à partir de l'état d'équilibre thermique, ont été introduits pour trois conducteurs spécifiques. Les résultats des modèles s'accordent bien avec les observations effectuées dans des conditions correspondantes simulées dans une soufflerie réfrigérée. Afin de compléter le modèle, il était nécessaire d'évaluer le coefficient moyen de transfert de chaleur pour les conducteurs toronnés. Ce coefficient a été obtenu pour des conducteurs nus de lignes aériennes avec différentes géométries de surface, en utilisant des mesures et des simulations numériques. Deuxièmement, un modèle basé sur le principe des différences finies a été développé pour calculer le courant et l'énergie requis pour le dégivrage des conducteurs partiellement couverts de glace. Deux types de chauffage thermique par effet Joule ont été analysés, le courant alternatif et le courant d'impulsion, et ce, pour un grand nombre de paramètres atmosphériques. On a trouvé que ceux deux techniques de chauffage peuvent être utilisées selon des stratégies différentes dépendamment du temps d'interaction nécessaire au cours du processus d'accumulation de glace. Afin de compléter le modèle, il a fallu évaluer la conductivité thermique radiale équivalente des conducteurs toronnés par le moyen de modèles théoriques avec validation expérimentale. Troisièmement, des approches analytiques validées expérimentalement ont été proposées afin de déterminer le temps et l'énergie nécessaires pour le dégivrage d'un conducteur complètement recouvert de glace en utilisant la chaleur dérivée d'un courant alternatif nominal augmenté. Cette procédure peut donner une estimation rapide de la chaleur par effet Joule exigée pour enlever totalement la glace autour d'un conducteur en fonction des différents paramètres l'influençant. En conclusion, cette thèse propose des modèles mathématiques validés expérimentalement, qui peuvent être utilisés efficacement pour calculer le courant et l'énergie requis pour le dégivrage des conducteurs à haute tension ou pour prévenir l'accumulation de glace sur ceux-ci.