Dans la modélisation des structures par la méthode des éléments finis classique, les propriétés physiques et matérielles ainsi que les conditions aux limites sont considérées généralement déterministes au sens statistique. De ce constat, il est permis de s'interroger sur la validité de ia solution issue d'une telle modélisation. Les interrogations se multiplient lorsqu'on admet que les lois physiques qui régissent le comportement de la matière évoluent de manière aléatoire. Pour apporter des éléments de réponses à ces interrogations, nous avons étudié dans le cadre de ce projet par des méthodes probabilistes et stochastiques un certain nombre d'applications académiques et industrielles mettant en évidence l'effet des variations aléatoires des paramètres constituant ces lois sur îa solution. Dans le cadre de ces méthodes, l'échantillonnage et la discrétisation constitue des étapes primordiales qui contribuent à la construction, respectivement, du spectre de la solution et du système matriciel Ce dernier, une fois conditionné, permet de construire îa réponse éléments finis après résolution. Si on associe la probabilité et l'aléa à certains paramètres qui constituent ce système, alors la discrétisation de type éléments finis seule devient insuffisante pour produire le nouveau système matriciel qui, a priori, admet un caractère aléatoire ou stochastique absent du système d'équations. La méthode de Monte Carlo offre l'avantage de pallier aux difficultés rencontrées tors du processus de discrétisation. Les travaux de cette thèse se basent principalement sur l'exploitation des avantages de cette méthode voire son efficacité et la simplicité de sa mise en oeuvre. Deux exemples de contact de Hertz ainsi que des problèmes de contact multiphysiques académiques et industriels feront l'objet d'une analyse fiabiliste par cette méthode.

L'objectif principal de cette étude est de déterminer une procédure d'évaluation de l'efficacité des produits déverglaçants utilisés de façon préventive sur les pistes d'aéroports. La procédure déterminée dans ce travail sera proposée pour être incluse dans les normes SAE AMS 1431 et AMS 1435. Le second objectif de ce travail est de comparer quelques produits commerciaux en utilisant la procédure déterminée précédemment. Les essais d'évaluation de la performance des produits déverglaçants ont été effectués dans une chambre climatique sous précipitation surfondue. Ils sont basés sur l'aptitude des produits à empêcher l'adhésion de la glace à un substrat. Pour simuler les opérations effectuées en aéroport, un appareil de raclage et de mesure du coefficient de friction a été construit spécialement pour ces essais par le laboratoire international des matériaux anti-givre (LIMA) de l'Université du Québec à Chicoutimi. Les résultats des essais effectués avec des produits commerciaux ont montré que les produits solides testés, l'urée et le formiate de sodium, atteignent leur seuil d'efficacité plus tard que les produits liquides testés, soit le glycol-urée et deux produits à base d'acétate de sodium. Ce délai est causé par la lenteur relative de la dissolution des grains d'urée ou de formiate de sodium dans l'eau. Par contre, les produits solides sont performants pour des temps de précipitation plus longs que les produits liquides. Shan Yang, étudiante Jean-Louis Laforte, directeur de recherche

On utilise des fluides dégivrants et antigivre sur les avions au sol, en attente du décollage, afin d'enlever la glace ou d'en prévenir la formation sur les ailes et le fuselage de l'avion. La contamination occasionnée par le fluide résiduel, encore en place au moment du décollage, diminue la portance et augmente la traînée de l'avion. Ce niveau de perturbation créé est évalué en laboratoire. Les méthodes d'essais, développées en soufflerie réfrigérée, consistent à soumettre une plaque plane et un modèle d'aile, couverts de fluide, à une accélération d'air comparable à l'accélération de l'avion au décollage. L'épaisseur de déplacement de la couche limite (EDCL) à 30 secondes est mesurée dans le premier cas et la perte de portance à un angle donné, dans le second. Or, une relation empirique entre les valeurs de l'EDCL à 30 sec. et celles de la perte de portance a été établie avec différents produits commerciaux. Cette relation, toutefois, ne tient pas compte de l'effet propre des différents facteurs, tels l'épaisseur initiale du fluide, la température et la viscosité, et qui sont susceptibles d'entrer en jeu. L'objectif de ce travail est de reprendre l'étude de cette relation, d'une façon systématique et pour des fluides dégivrants non commerciaux, afin de pouvoir mieux départager l'importance relative de chacun des facteurs mentionnés ci-dessus. Les études expérimentales ont été effectuées avec des dégivrants newtoniens non commerciaux, cela pour différentes épaisseurs initiales comprises entre 50 Um et 4 mm, et à des températures allant de 0°C à -20°C. Le montage utilisé est constitué d'une plaque plane de 1,5 m de long et d'un modèle à l'échelle réduite d'une section d'aile d'un Boeing 737-200ADV. Le décollage simulé correspond à un écoulement d'air accéléré à un taux de 2,6 m/s2. Les résultats de ce travail ont mis en évidence l'existence d'une épaisseur seuil, égale à l mm dans le cas de la plaque plane et à 0,5 mm dans le cas du modèle d'aile. En bas de ces valeurs, l'EDCL à 30 sec. et la perte de portance à CLmax sont fonction de la température, de la viscosité et de l'épaisseur initiale du fluide, tandis qu'en haut de ces valeurs, elles sont fonction de la température et de la viscosité seulement La perte de portance à CLmax et l'EDCL à 30 sec. présentent des corrélations linéaires avec la température, la viscosité ainsi qu'avec l'épaisseur dans le cas où celle-ci est inférieure aux valeurs seuil. À partir de ces corrélations, il est possible d'estimer avec une erreur de 25% au maximum, les valeurs de l'EDCL à 30 sec. et la perte de portance à CLmax, pour les fluides newtoniens, et cela peut s'avérer très utile pour les manufacturiers qui ont à concevoir de nouveaux produits. La comparaison des valeurs de l'EDCL et de la perte de portance met en évidence une proportionnalité raisonnable (coefficient de corrélation de 80% environ) entre ces deux paramètres. L'étude de chaque facteur montre que l'effet de la température est comparable dans le cas du modèle d'aile et de la plaque plane, tandis que l'effet de la viscosité est très amplifié dans ce dernier cas.

Dans le cadre de ce mémoire de maîtrise, une méthode de détermination de la résistance à la traction de la glace atmosphérique a été développée. Dans cette méthode, la glace est formée à partir de gouttelettes d'eau surfondues qui viennent frapper un cylindre en aluminium et en laiton qui tourne à un tour par minute dans la section d'essai d'une soufflerie placée à l'intérieur d'une chambre froide. Les gouttelettes d'eau surfondues sont produites par un gicleur alimenté en air et en eau, dont les pressions d'alimentation sont ajustées par des servo-vannes contrôlées par un micro-ordinateur. Les programmes développés pour contrôler ces pressions d'alimentation permettent aux gouttelettes d'eau d'atteindre l'état d'équilibre cinétique et thermodynamique avec l'écoulement d'air. Des essais de traction utilisant des jauges de déformation ont démontré que le montage développé précédemment lors des recherches du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (G.R.I.E.A.) de l'Université du Québec à Chicoutimi (U.Q.A.C.), engendrait des problèmes qui peuvent influencer les résultats. Le nouveau montage développé a permis d'éliminer l'effet d'adhésion au centre des échantillons de glace. Il a aussi permis d'appliquer une charge plus uniformément répartie sur la section de glace, donc un taux de déformation plus uniforme. C'est à une température de -14°C et pour une vitesse du vent de 23 m/s, avec un diamètre de gouttelettes d=40 Um et une teneur en eau de 1,2 g/m3, qu'il y a eu le plus d'essais de traction réalisés. Ces conditions de formation, qui d'après les études précédentes réalisées à l'U.Q.A.C. correspondent à la résistance maximum de la glace atmosphérique, ont permis d'étudier l'influence du taux de déformation sur la résistance en traction de la glace atmosphérique. Une résistance maximum de 5 MPa avait été mesurée avec l'ancien montage, comparativement à une résistance maximum de 2,48 MPa avec le nouveau montage, pour un taux de déformation interpolé égal à 2 x 10-6 s-1. L'étude montre de plus que le nouveau montage donne des résultats plus constants. Les modèles empiriques développés à partir des résultats ont montré que la résistance à la traction de la glace atmosphérique augmente avec le taux de déformation dans le domaine ductile, i.e. pour les taux de déformation inférieurs à environ 2 x 10-6 s-1 et qu'elle diminue pour les taux de déformation supérieurs correspondants au domaine fragile, ce qui est conforme à ce qui avait déjà été démontré dans les études antérieures et dans le cas de la glace de lac et de rivière.

L'objectif général de cette recherche était de développer des modèles capables de simuler les processus de fonte de la neige accumulée sur des conducteurs aériens et de prévoir leur délestage, dans diverses conditions météorologiques et types de transmission de courant. Dans le but de valider ce nouveau modèle, un certain nombre de tests expérimentaux ont été réalisés aux laboratoires de la CIGELE, à l'aide d'une chambre climatique et de la soufflerie réfrigérée, qui ont ensuite été comparés avec ceux simulés numériquement. Premièrement, des simulations en deux dimensions Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) ont été effectuées avec FLUENT pour prédire le coefficient de distribution du transfert de chaleur local, le long de la surface du manchon avec flux transversal d'air, ainsi que le taux global de transfert de chaleur. Ces investigations permettent de connaître les caractéristiques de la convection forcée autour d'un manchon de neige, et également les effets dus à la rugosité de la surface de la neige et à la forme non-circulaire du manchon. Elles montrent aussi l'effet significatif de la rugosité de surface sur le taux de transfert de la chaleur. Deuxièmement, un modèle microstructural a été développé pour estimer la conductivité thermique équivalente de la neige sèche, qui établit la relation entre la conductivité thermique équivalente et la microstructure de la neige sèche dans divers régimes de température. Ces résultats ont été comparés avec ceux de recherches antérieures, montrant un bon accord. De plus, une série d'expériences a été réalisée dans les laboratoires de la CIGELE et leurs résultats ont été comparés avec ceux du modèle. Finalement, une relation entre le modèle de conductivité de la neige et la température a été proposée. Troisièmement, un modèle numérique 2-D en fonction du temps, de la percolation de l'eau dans un manchon de neige fondante a été établi sur la base de la méthode de Galerkin. L'influence de la vitesse du vent, de la température de l'air, de l'effet Joule, de la rugosité de la surface de la neige et de la dimension des grains de neige a été étudiée. Les résultats du modèle montrent que l'effet Joule et la rugosité de la surface de neige ont des effets notables sur la percolation de l'eau. Le temps requis pour parvenir à un état de quasiéquilibre est réduit de 50% ou plus, si le courant électrique ou la rugosité de surface excèdent certaines valeurs critiques. On a trouvé que les résultats du modèle concordaient bien avec ceux obtenus expérimentalement aux laboratoires de la CIGELE. Quatrièmement, la question de la détermination du déclenchement du délestage de la neige a été étudiée. Un tel modèle analytique est basé sur un modèle de défaillance de la neige sèche et sur des essais expérimentaux réalisés aux laboratoires de la CIGELE. Ce modèle prend en compte l'effet de l'écoulement de l'eau dans le manchon de neige. Les résultats montrent que le temps requis pour parvenir au délestage de la neige diminue de façon non linéaire alors que la teneur en eau initiale, la vitesse de l'air et l'intensité du courant électrique augmentent. Ce modèle peut fournir une estimation rapide de la chaleur de Joule ou du vent nécessaire pour déclencher le délestage de la neige sur un câble.

L'accumulation de neige et de givre sur les surfaces critiques des avions au sol ou en attente de décollage telles que les ailes, les gouvernes et les bords d'attaque altère leur surface, conduisant à des pertes de performances aérodynamiques lors du décollage qui, dans certains cas, se sont avérées néfastes. Pour éviter ce type d'accidents lors du décollage, des méthodes de dégivrage et de protection antigivre ont été développées. Les fluides antigivre et dégivrants appliqués sur les surfaces critiques des avions en attente de décollage sont parmi les méthodes les plus utilisées pour prévenir la formation de la neige ou encore pour la faire fondre. Les fluides qui sont à base de glycol sont caractérisés par leur temps de protection, communément appelé temps d'endurance, qui est mesuré à partir d'une évaluation effectuée en chambre climatique selon la norme ARP5485. Le temps d'endurance est déterminé en exposant une plaque, recouverte d'un fluide antigivre, à des précipitations de neige artificielle sous 0 °C. Le but de ce mémoire est de comprendre le comportement du fluide antigivre durant l'essai d'endurance à la neige, de déterminer les paramètres influençant l'échec du fluide, et d'élaborer un mécanisme expliquant l'échec du fluide. Le montage expérimental défini dans la norme a été modifié afin de simplifier les phénomènes enjeu. Le montage expérimental utilisé durant les essais qui ont été effectués dans la chambre climatique de 9 m du LIMA consiste à une plaque plane en aluminium de 50 cm de longueur par 30 cm de largeur et d'une boîte à neige en aluminium munie d'un cylindre en acétal avec des trous demi-sphériques permettant à la neige de tomber sous forme de groupes selon deux intensités de 10 et 25 g/dm2/h. La plaque est parallèle au sol et entourée de parois isolées permettant aux précipitations de neige de s'accumuler et d'empêcher l'écoulement du fluide. Un élément chauffant situé sous la plaque permet de maintenir sa température à la valeur déterminée par la norme et deux thermocouples positionnés à l'interface plaque/élément chauffant permettent de mesurer et contrôler sa température. Un autre thermocouple est ajouté afin de mesurer la température du fluide durant l'essai. La chambre climatique est contrôlée par un automate afin de maintenir sa température au niveau désiré qui est de -5 °C, -10 °C, -14 °C, -25 °C. Le montage est relié à un automate qui maintient la température de la plaque à la valeur désirée en gérant l'énergie fournie à la plaque. L'automate et le montage sont reliés à un ordinateur, dans lequel un programme informatique permet l'enregistrement des températures de l'air, de la plaque et du fluide, de l'intensité des précipitations et de la masse de neige précipitée durant l'essai ainsi que de la puissance consommée. Les essais ont été effectués avec un fluide générique à base de propylène glycol; durant chaque essai, une quantité de 400 ml de fluide est versée sur la plaque, ce qui forme une couche d'épaisseur de 2,7 mm. Les résultats ont montré que la température de l'air demeure constante avec de petites fluctuations régulières tout au long de l'essai pour toutes les conditions. Pour les essais effectués à une température supérieure à -25 °C, la température de la plaque débute à peu près à la valeur désirée et décroît rapidement à une valeur minimale. La diminution de température est compensée par une augmentation de puissance pour la ramener à la valeur désirée; par la suite, la puissance décroît vers une valeur nulle. Pour les essais réalisés à une température de -25 °C, la température de la plaque reste presque constante et aucune puissance n'est impliquée. La masse de neige qui induit l'échec ainsi que la puissance moyenne fournie à la plaque et le temps d'endurance du fluide diminuent exponentiellement avec la baisse de la température. La masse de neige est indépendante de la grosseur des trous et peu dépendante de l'intensité. Par contre, la puissance moyenne et le temps d'endurance sont indépendants de la grosseur des trous, mais ils sont dépendants de l'intensité de précipitation. Les observations visuelles effectuées durant les essais ont montré que seulement une fraction de la neige fond et se diffuse dans le fluide, l'autre fraction s'accumule dans le fluide. Les cristaux de glace qui s'accumulent dans le fluide forment aussi une 'slush' épaisse et uniforme à l'échec. En raison de la neige qui s'accumule dans le fluide, de nombreux sites de diffusion sont présents à l'intérieur de celui-ci, permettant de conclure que la diffusion de l'eau est homogène et s'effectue presque instantanément dans le fluide. L'absorption de l'eau et de la neige décroît la concentration en propylène glycol du fluide et cette concentration diminue avec l'augmentation de la température. Par contre, le fluide n'est en mesure d'absorber qu'une certaine quantité d'eau, car l'énergie consommée n'est qu'une fraction de l'énergie disponible et que cette quantité dépend de la température de l'air. Cette diminution de concentration accroît la température de solidification du fluide. Lorsque la température de solidification est calculée à partir de la concentration d'eau liquide et solide excluant le 30 % de neige accumulée à l'échec, celle-ci est égale à la température de l'air. Les résultats issus de ce travail ont permis d'élucider certains aspects liés aux essais d'endurance de neige. L'échec débute lorsque la température de solidification du fluide est égale à la température de l'air. À ce moment, le fluide n'est plus en mesure d'absorber de l'eau, la neige ne fond plus, mais s'accumule dans le fluide pour former une 'slush' qui s'épaissit avec le temps. Lorsque le fluide est saturé d'eau et de particules solides, la neige s'accumule sur la surface. Lorsque la surface est recouverte de 30 % de neige, l'échec est déclaré. Cependant, d'autres travaux sont requis afin de produire un modèle numérique pour prédire l'échec : (1) Réaliser les mêmes essais avec les fluides utiliser en industrie et comparer les résultats avec ceux du fluide générique. (2) réaliser des essais avec une plaque plane inclinée à 10°. Vérifier si les mêmes paramètres sont impliqués et vérifier l'effet de la viscosité du fluide.

Les consommations de carburants fossiles, dans le domaine des transports, ne cessent d'accroître. Dans le but de diminuer ces consommations, plusieurs équipes travaillent à obtenir des alliages plus légers, ou encore des geometries plus aérohydrodynamiques. Toutefois, ces modifications atteignant un apogée, l'utilisation d'un revêtement de surface superhydrophobe offrant une mouillabilité faible, pourrait être la solution. En effet, une surface de contact réduite entre l'eau et le solide en addition à une affinité chimique réduite avec l'eau pourrait diminuer la friction en surface. Plusieurs techniques permettent d'obtenir des surfaces possédant ces caractéristiques. L'objectif de ce mémoire est de synthétiser des revêtements de surfaces superhydrophobes durables, facilement applicables à grande échelle, et de caractériser leurs effets sur la vitesse terminale de sphères en chute libre dans l'eau. Les nanoparticules d'oxyde ont des applications remarquables dans des domaines techniques émergents et variés pour obtenir des surfaces autonettoyantes ou pour obtenir des surfaces anticorrosion. Dans la présente étude, la modification et la fonctionnalisation de particules hydrophiles de silice (SiÛ2) et d'oxyde de zinc (ZnO) ont été menées pour obtenir la superhydrophobicité. Une dispersion de nanoparticules de silice a été obtenue par le procédé Stôber en utilisant du tétraéthoxysilane (TEOS : Si(OC2H5)4) et l'hydroxyde d'ammoniac, en tant que catalyseur basique, dans de Téthanol. De plus la surface des particules de silice a été modifiée en utilisant des molécules de fluoroalkylsilane (FAS-17 : CioH^FnCbSi) afin d'obtenir des nanoparticules de silice fluorées. D'autre part la modification de la surface de l'oxyde de zinc a été réalisée en utilisant des molécules d'acide stéarique (S.A. : CHs(CH2)i6COOH) dans le but d'obtenir des nanoparticules de ZnO methylées. Ces nanoparticules ont été caractérisées sous forme de poudre ainsi que sous forme de films minces tels quels ou dans différentes matrices pour confirmer et optimiser leurs dépositions pour atteindre la superhydrophobicité. Les liaisons moléculaires entre les particules (SiÛ2 et ZnO) et leurs molécules de basse énergie (FAS-17 et SA) ont été démontrées par spectroscopie infrarouge à transformées de Fourrier (FTIR) et par diffraction des rayons X (XRD). Les surfaces rugueuses nano structurées ont montré des propriétés superhydrophobes, grâce, entre autres, à l'arrangement topographique, mais aussi grâce à la basse énergie de surface. Enfin, il a été montré que lors d'essais de chute dans l'eau, le revêtement superhydrophobes nanocomposite à base d'oxyde de zinc méthylée augmente les vitesses terminales de 5 à 11 % par rapport à une bille non-recouvertes, indiquant une diminution significative de la friction de surface. De plus, ces nanoparticules fonctionnalisées peuvent être facilement incorporées à des peintures pour des dépositions à grande échelle sur des surfaces variées, métaux et non-métaux, pour des applications visant à réduire la consommation d'énergie.

The competitive industrial market demands manufacturing companies to provide the markets with a higher quality of production. The quality control department in industrial sectors verifies geometrical requirements of products with consistent tolerances. These requirements are presented in Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) standards. However, conventional measuring and dimensioning methods for manufactured parts are time-consuming and costly. Nowadays manual and tactile measuring methods have been replaced by Computer-Aided Inspection (CAI) methods. The CAI methods apply improvements in computational calculations and 3-D data acquisition devices (scanners) to compare the scan mesh of manufactured parts with the Computer-Aided Design (CAD) model. Metrology standards, such as ASME-Y14.5 and ISO-GPS, require implementing the inspection in free-state, wherein the part is only under its weight. Non-rigid parts are exempted from the free-state inspection rule because of their significant geometrical deviation in a free-state with respect to the tolerances. Despite the developments in CAI methods, inspection of non-rigid parts still remains a serious challenge. Conventional inspection methods apply complex fixtures for non-rigid parts to retrieve the functional shape of these parts on physical fixtures; however, the fabrication and setup of these fixtures are sophisticated and expensive. The cost of fixtures has doubled since the client and manufacturing sectors require repetitive and independent inspection fixtures. To eliminate the need for costly and time-consuming inspection fixtures, fixtureless inspection methods of non-rigid parts based on CAI methods have been developed. These methods aim at distinguishing flexible deformations of parts in a free-state from defects. Fixtureless inspection methods are required to be automatic, reliable, reasonably accurate and repeatable for non-rigid parts with complex shapes. The scan model, which is acquired as point clouds, represent the shape of a part in a free-state. Afterward, the inspection of defects is performed by comparing the scan and CAD models, but these models are presented in different coordinate systems. Indeed, the scan model is presented in the measurement coordinate system whereas the CAD model is introduced in the designed coordinate system. To accomplish the inspection and facilitate an accurate comparison between the models, the registration process is required to align the scan and CAD models in a common coordinate system. The registration includes a virtual compensation for the flexible deformation of the parts in a free-state. Then, the inspection is implemented as a geometrical comparison between the CAD and scan models. This thesis focuses on developing automatic and accurate fixtureless CAI methods for non-rigid parts along with assessing the robustness of the methods. To this end, an automatic fixtureless CAI method for non-rigid parts based on filtering registration points is developed to identify and quantify defects more accurately on the surface of scan models. The flexible deformation of parts in a free-state in our developed automatic fixtureless CAI method is compensated by applying FE non-rigid Registration (FENR) to deform the CAD model towards the scan mesh. The displacement boundary conditions (BCs) for FENR are determined based on the corresponding sample points, which are generated by the Generalized Numerical Inspection Fixture (GNIF) method on the CAD and scan models. These corresponding sample points are evenly distributed on the surface of the models. The comparison between this deformed CAD model and the scan mesh intend to evaluate and quantify the defects on the scan model. However, some sample points can be located close or on defect areas which result in an inaccurate estimation of defects. These sample points are automatically filtered out in our CAI method based on curvature and von Mises stress criteria. Once filtered out, the remaining sample points are used in a new FENR, which allows an accurate evaluation of defects with respect to the tolerances. The performance and robustness of all CAI methods are generally required to be assessed with respect to the actual measurements. This thesis also introduces a new validation metric for Verification and Validation (V&V) of CAI methods based on ASME recommendations. The developed V&V approach uses a nonparametric statistical hypothesis test, namely the Kolmogorov–Smirnov (K-S) test. In addition to validating the defects size, the K-S test allows a deeper evaluation based on distance distribution of defects. The robustness of CAI method with respect to uncertainties such as scanning noise is quantitatively assessed using the developed validation metric. Due to the compliance of non-rigid parts, a geometrically deviated part can still be assembled in the assembly-state. This thesis also presents a fixtureless CAI method for geometrically deviated (presenting defects) non-rigid parts to evaluate the feasibility of mounting these parts in the functional assembly-state. Our developed Virtual Mounting Assembly-State Inspection (VMASI) method performs a non-rigid registration to virtually mount the scan mesh in assembly-state. To this end, the point clouds of scan model representing the part in a free-state is deformed to meet the assembly constraints such as fixation position (e.g. mounting holes). In some cases, the functional shape of a deviated part can be retrieved by applying assembly loads, which are limited to permissible loads, on the surface of the part. The required assembly loads are estimated through our developed Restraining Pressures Optimization (RPO) aiming at displacing the deviated scan model to achieve the tolerance for mounting holes. Therefore, the deviated scan model can be assembled if the mounting holes on the predicted functional shape of scan model attain the tolerance range. Different industrial parts are used to evaluate the performance of our developed methods in this thesis. The automatic inspection for identifying different types of small (local) and big (global) defects on the parts results in an accurate evaluation of defects. The robustness of this inspection method is also validated with respect to different levels of scanning noise, which shows promising results. Meanwhile, the VMASI method is performed on various parts with different types of defects, which concludes that in some cases the functional shape of deviated parts can be retrieved by mounting them on a virtual fixture in assembly-state under restraining loads. Le marché industriel compétitif exige une production de haute qualité de la part des compagnies de fabrication. Le département de contrôle qualité dans les secteurs industriels vérifie les exigences géométriques des produits en se référant aux tolérances. Ces exigences sont présentées dans les normes de Dimensionnement Géométrique Et Tolérances (DG&T). Toutefois, les méthodes conventionnelles de mesure et de dimensionnement sont couteuses et longues. De nos jours, les méthodes de mesure manuelles sont remplacées par les méthodes automatisées dites Inspection Assistée par Ordinateur (IAO). Les méthodes IAO appliquent les améliorations dans le calcul informatique et les dispositifs d’acquisition de données 3-D afin de comparer le maillage du modèle scanné de la pièce fabriquée avec le modèle conçu par ordinateur utilisant la Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Les normes de métrologie, telles que ASME-Y14.5 et ISO-GPS, exigent la mise en oeuvre de l'inspection à l'état libre dans lequel la pièce est soumise uniquement à la gravité. Les pièces souples (non rigide) sont exemptées de la règle d'inspection à l'état libre en raison de l'écart géométrique significatif de ces dernières au dit-état tenant compte des tolérances. En dépit du développement des méthodes IAO, l’inspection des pièces souples demeure un sérieux défi. Les méthodes d'inspection conventionnelles appliquent des gabarits complexes pour récupérer la forme fonctionnelle des pièces souples. Cependant, la fabrication et la configuration de ces gabarits de conformité sont compliquées et chères. Depuis que les clients et les industriels exigent des gabarits d’inspection répétitifs et indépendants, le prix de ces derniers a doublé. Les méthodes d'inspection sans gabarit des pièces souples basées sur les méthodes IAO ont été développées afin d'éliminer l’utilisation couteuse des gabarits de conformité. Ces procédés visent à distinguer les déformations flexibles des pièces à l'état libre des défauts. Les méthodes d'inspection sans gabarits doivent être automatiques, fiables, précises et reproductibles pour les pièces souples aux formes sophistiquées. Le modèle scanné, qui est obtenu sous forme de nuages de points, représente la forme d'une pièce à l'état libre. Ensuite, l'inspection des défauts est réalisée en comparant les modèles scannés et CAO, mais ces modèles sont présentés dans des systèmes de coordonnées indépendants. En effet, le modèle scanné est présenté dans le système de coordonnées du système de mesure (système de numérisation) tandis que le modèle de CAO est dans le système de coordonnées de conception. Pour effectuer l'inspection et faciliter une comparaison précise entre les modèles, le processus de recalage est nécessaire afin d’aligner et ramener plus près les modèles scanné et CAO dans un système commun de coordonnées. Le recalage inclut une compensation virtuelle de la déformation flexible des pièces à l'état libre. Après, l’inspection est assurée par une comparaison géométrique entre les modèles CAO et les pièces souples scannées. La présente thèse porte sur l’élaboration de méthodes automatiques d'inspection assistée par ordinateur sans gabarit. Ceci constitue une amélioration de la méthode d'inspection numérique généralisée (Generalized Numerical Inspection Fixture (GNIF)). Cette thèse présente également la vérification de la robustesse de notre nouvelle méthode. À cet effet, une méthode IAO automatique et sans gabarit pour des pièces souples basée sur des points de correspondance a été développée afin d’identifier et de quantifier plus précisément les défauts sur la surface des modèles scannés. La déformation flexible des pièces à l'état libre dans notre méthode est compensée en appliquant le recalage basé sur la méthode d’éléments finis, Recalage Non rigide par Élément Finis (RNÉF), pour déformer le modèle CAO vers le maillage du modèle scanné. Des points d'échantillonnage correspondants générés entre les modèles CAO et scanné d'une pièce sont utilisés afin de calculer le champ de déplacement qui sert de conditions aux limites dans RNÉF. Ces points d'échantillonnage correspondants, qui sont générés par la méthode GNIF, sont répartis uniformément sur la surface des modèles. La comparaison entre ce modèle CAO déformé et le maillage du modèle scanné vise à évaluer et à quantifier les défauts sur le modèle scanné. Cependant, certains points d'échantillonnage peuvent être situés à proximité ou sur des zones défectueuses, ce qui entraîne une estimation inexacte des défauts. Ces points d'échantillonnage sont automatiquement filtrés dans cette méthode IAO basée sur le calcul d’estimation de courbure et les contraintes de von Mises. Une fois filtrés, les points d'échantillonnage restants sont utilisés dans un nouveau RNÉF, ce qui permet une évaluation précise des défauts par rapport aux tolérances. Toutes les méthodes d’IAO nécessitent une évaluation de la performance et de la robustesse de la méthode par rapport aux mesures actuelles. Cette thèse introduit également une nouvelle métrique de validation pour la vérification et la validation (V&V) des méthodes IAO basée sur les recommandations ASME. L'approche V&V développée utilise un test d'hypothèse statistique non paramétrique, à savoir le test de Kolmogorov-Smirnov (K-S). En plus de valider la taille des défauts, le test K-S permet une évaluation plus approfondie basée sur la répartition de la distance entre le modèle scanné et le modèle CAO pour chaque défaut. La robustesse de notre méthode IAO par rapport aux incertitudes telles que les bruits de scan est évaluée quantitativement en utilisant la métrique de validation développée. En raison de la conformité des pièces souples, une pièce ayant des défauts peut encore être assemblée à l'état d'assemblage. Cette thèse présente également une méthode originale d’IAO sans gabarit pour des pièces souples comportant des défauts afin d’évaluer la faisabilité de l'assemblage de ces pièces à l'état d'assemblage fonctionnel. Notre méthode d'inspection virtuelle de montage à l'état d'assemblage, Virtual Mounting Assembly-State Inspection (VMASI), effectue un recalage non rigide pour monter virtuellement le maillage du modèle scanné à l'état d'assemblage. À cet effet, les nuages de points du modèle scanné représentant la pièce à l'état libre sont déformés pour répondre aux contraintes d'assemblage telles que la position de fixation (par exemple des trous de montage). Pour atteindre les exigences fonctionnelles sur des pièces souples comportant des défauts, l'application de charges d'assemblage est autorisée à la surface du modèle scanné. Ces charges d'assemblage sont limitées aux charges admissibles. Les charges d'assemblage requises sont estimées grâce à une nouvelle méthode d’optimisation de calcul des pressions de montage (pour mise en forme de la pièce sur le gabarit virtuel), Restraining Pressures Optimization (RPO), visant à déplacer le modèle scanné afin d'atteindre la tolérance pour les trous de montage. Par conséquent, le modèle scanné ayant des défauts peut être mis en forme sur le gabarit virtuel si les trous de montage sur la forme fonctionnelle prédite du modèle scanné atteignent la plage de tolérance. Différentes pièces de l'industrie aérospatiale sont utilisées pour évaluer la performance de nos méthodes développées dans cette thèse. L'inspection automatique pour identifier les différents types de défauts au niveau local et général sur les pièces conduit à une évaluation précise des défauts. La robustesse de la méthode d'inspection est également testée avec différents niveaux de bruits de numérisation, ce qui présente des résultats prometteurs. La méthode VMASI est validée par différents types de pièces déformables (flexible) en aérospatiale. Nous concluons que certaines pièces comportant des défauts peuvent être mise en forme à l’état d'assemblage lorsqu’elles sont soumises à des charges admissibles.

Le frottement et l'usure de différents couples de céramiques oxydes (alumines) et non-oxyde (carbure de tungstène à liant cobalt) ont été étudiés à température ambiante et à haute température en s'attachant à mettre en relief l'incidence des phénomènes thermiques sur le comportement tribologique de ces matériaux. Un montage expérimental a tout d'abord été conçu et réalisé spécialement pour cette étude. Il permet la conduite d'essais de frottement en configuration pion-disque de l'ambiante à 900°C dans un large domaine de charges. Un modèle thermique a été élaboré afin d'évaluer les températures moyennes et éclairs dans un contact frottant en prenant en compte les conditions aux limites imposées par le montage expérimental. Les résultats sont exploités sous forme de cartes de températures spécifiques à un couple de matériaux et à un coefficient de frottement donné. L'étude tribologique met tout d'abord en évidence puis caractérise les discontinuités de comportement en frottement et usure à 20 et 800°C de deux alumines α à 99,7% et 94% de pureté. L'analyse en continue de l'usure associée aux observations microscopiques permettent de reconstituer la vie du contact en mettant en relief l'influence de la température d'essai et de la température générée par le frottement. Le frottement d'un cermet carbure de tungstène à 6% de cobalt a ensuite été étudié en frottement face à lui-même et face à des disques d'alumine.

An optimization process with a cheap and abundant substrate is considered one of the factors affecting the price of commercial 2,3-Butanediol (2,3-BD) production. The optimized levels of pH, aeration rate, agitation speed, and substrate concentration (maltodextrin)were optimized by a conventional method and Response Surface Methodology (RSM) with Box-Behnken design in which metabolically engineered Klebsiell oxytoca KMS005 utilized maltodextrin to produce 2,3-BD. Results revealed that pH, aeration rate, agitation speed,and maltodextrin concentration at levels of 6.0, 0.8 vvm, 400 rpm, and 150 g/L, respectively, were the optimal conditions. RSM indicated that the agitation speed was the most influential parameter when either agitation and aeration interaction or agitation and substrate concentrationinteraction played important roles for 2,3-BD production. Under interim fedbatch fermentation, 2,3-BD concentration, yield, and productivitywere obtained at 88.1±0.2 g/L, 0.412±0.001 g/g sugar supplied, and 1.13±0.01 g/L/h, respectively, within 78 h. The influence of micro-aerobicconditions on microbial growth and 2,3-BD production was also studied. In batch bioreactors, air flow rate and agitation rate characterized through kLa measurement were tested. The optimal amount of oxygen supply was evaluated at 9.5 g corresponding to a kLa of 25.2 h-1 for cell growth and 2,3-BD production. Then, a fed-batch process was investigated by different glucose feeding rate strategies. Fedbatch with a glucose feeding rate of 2 g/h starting at the end of the growth phase during 48 h, followed by a final batch phase of 40 h was found satisfactory. It resulted in a final 2,3- BD concentration of 74.7 g/L with a productivity of 0.64 g/L/h but few byproducts formed (about 3 g/L including succinate, acetate and ethanol). Validated information in the 2 L bioreactor was further applied in a larger scale production of 2,3-BD with series of bioreactors from 10, 90 and 300 L vessels. Batch experiments were conducted based on various agitation speeds with the fixedaeration rate at 0.8 vvm. As a result, 2,3-BD concentration, and yield were achieved at 53.8 g/L, and 0.40 g/g sugar supplied within 48 h, respectively, under the constant tip speed at 295 rpm using a 10 L vessel. Its concentration of 52.53 g/L and yield of 0.43 g/g sugar consumedwithin 72 h were attained under the condition of the constant tip speed at 130 rpm using a 90 L fermenter. An appropriate seed inoculum condition was found with an optical cell density (OD550) around 4 at the log phase (12 h incubation) prior to transferring of the inoculum into the 90 L fermenter. Under the constant tip speed at 70 rpm, 2,3-BD concentration and yield were obtained at 45.02 g/L and 0.43 g/g sugar consumed in the pilot scale of 300 L bioreactor after 72 h incubation.