L'objectif de cette thèse est d'étudier les transformations physico-chimiques lors de l'élaboration d'un verre à partir d'un mélange granulaire. Les mélanges vitrifiables industriel formant des verres de vitrage ou de conditionnement sont approchés par le système à trois oxydes SiO2-CaO-Na2O, apportés sous forme de sable, de calcaire et de carbonate de sodium. Cette simplification permet d'étudier le lien entre microstructrure de l'empilement granulaire et transformations pendant le chauffage. La variété des chemins réactionnels entre les grains de matières premières transmet en effet l'hétérogénéité du mélange au verre. Le système ternaire est décomposé en deux sous-systèmes. D'une part, les réactions entre le disilicate de sodium et 4 porteurs de calcium (CaCO3, CaO, CaSiO3, Ca2SiO4) révèlent la formation de couches d'espèces cristallines entre le grain calcique en cours de dissolution et le silicate fondu. D'autre part, la synthèse ex situ de carbonate mixte de calcium et de sodium est réalisée. Ce produit est analysé et caractérisé ; son apparition in situ dans un mélange ternaire est observée, et sa réaction avec la silice est étudiée. Dans un mélange vitrifiable silico-sodocalcique, la tomographie X in situ et post mortem montre l'importance de phénomènes transitoires de mouillage et de dégagement gazeux qui orientent les réactions chimiques. En particulier, un mécanisme local et de courte durée convertit une profondeur limitée des grains de calcaire en carbonate mixte. Enfin, l'homogénéité du verre obtenu à 1300°C est étudiée à l'aide d'une méthode de déconvolution de spectres Raman innovante, pour plusieurs granulométries et espèces porteuses de calcium. / This thesis focuses on the physical and chemical transformations undergone by a granula glass batch during the glass making process. Industrial window or container glass batches are complex mixtures, that we approached by the ternary oxide system SiO2-CaO-Na2O. Industrial raw materials, namely silica sand, limestone and sodium carbonate, are used. This simplification makes it possible to study the coupling between the granular microstructure and the physical and chemical transformations during the heating. Indeed, the multiple possible reaction paths propagate the heterogeneity of the granular batch to the glass. To support our study of the ternary system, two sub-system are investigated. On one hand, reactions between sodium disilicate and 4 calcium-bearing species (CaCO3, CaO, CaSiO3, Ca2SiO4) show the formation of successive layers of crystalline intermediate species between the dissolving grains and the molten silicate. On the other hand, sodium calcium mixed carbonate is synthesized ex situ and characterized. Its formation in a ternary glass batch is observed in situ, and its reactivity with silica is studied. In a ternary soda-lime glass batch, X-ray in situ and ex situ microtomography reveals the significance of wetting and degassing phenomena in orienting the grains towards a reaction path. Conversion of a limited depth of limestone grains into mixed carbonate for a short time is notably witnessed. This mechanism is strongly dependent on the grains surrounding limestone particles. Finally, we use an innovative deconvolution procedure to measure the impact of granulometry and the nature of calcium-bearing raw materials on the final glass homogeneity.

L'objectif de ce mémoire est d'offrir une ethnographie d'une sous-culture artistique, celle des souffleurs de verre qui fabriquent des pipes destinées à la consommation de cannabis (Glass Pipe Art Movement). En me basant sur les concepts de sous-culture/contre-culture, de marginalité, de communauté virtuelle et de cooptation, je tente de comprendre comment cette culture artistique a pu se propager et quels changements potentiels touchent les pipe makers suite à la légalisation du cannabis au Canada. La recherche est fondée sur une enquête de terrain d'un peu plus de trois mois menée auprès de quinze pipe makers dispersés au Canada (Colombie-Britannique, Alberta, Manitoba, Ontario, Québec) et aux États-Unis (Eugene, Oregon). Mon observation a également été participante, vu que j'ai eu l'occasion d'être initié au soufflage de verre. La réflexion s'est concentrée sur le Glass Pipe Art Movement comme un mouvement artistique innovant à partir de la pratique du lampworking et associé à l'émergence d'un nouvel art world (Becker, 1982), qui est contraint de rester dans une zone grise en raison de l'illégalité de la consommation de cannabis. L'analyse s'est déployée en trois grands axes : l'identification sous/contre culturelle des artistes et leur marginalité revendiquée; le rôle des médias alternatifs dans la constitution de cet art world ; et enfin la cooptation commerciale de cette pratique à l'heure de la légalisation du cannabis. La réflexion finale porte sur la tension formulée par les pipe makers entre la légalisation de leur production et la perte d'authenticité potentielle de leur sous-culture. / The purpose of this dissertation is to offer an ethnographic study of an artistic subculture, the Glass Pipe Art Movement, featuring glass blowers who produce glass pipes to smoke cannabis. Using the concepts of subculture/counterculture, marginality, virtual community, and co-optation, I try to understand how this artistic culture has spread and what potential changes will affect pipe makers as a result of the legalization of cannabis in Canada. The research is based on a fieldwork that spanned just over three months conducted with fifteen pipe makers scattered across Canada (British Columbia, Alberta, Manitoba, Ontario, Quebec) and the United States (Eugene, Oregon). I also used participant observation, as I had the opportunity to be introduced to glassblowing. My analysis focuses on the Glass Pipe Art Movement as an innovative art movement based on the practice of lampworking and associated with the emergence of a new art world (Becker, 1982), which is confined to a gray area given the illegality of cannabis use. The analysis unfolds along three main axis: the subcultural/countercultural identification of the artists and their self-proclaimed marginality; the role of alternative media in the constitution of this art world; and finally the commercial co-option of this practice with the legalization of cannabis. The final reflection concerns the tension expressed by pipe makers between the legalization of their production and the potential loss of authenticity of their subculture.

Cette recherche s’attarde à comprendre l’effet des différents paramètres sur la mise en forme courbée de conduits en matériaux composites thermodurcissables pour y déterminer les meilleurs paramètres à utiliser dans le but de réduire les bris et de conserver le plus possible la forme ainsi créée. Parmi ceux-ci, il est question des paramètres de fabrications du conduit, de sa polymérisation, de son réchauffement avant la mise en forme courbée et de sa mise en forme elle-même. Pour comprendre l’effet des différents paramètres, des tests mécaniques (traction, compression), thermomécaniques (DSC, DMA) et de relaxation de contrainte à l’aide d’une instrumentation avec des jauges de déformation sont effectués. Ceux-ci révèlent des ajustements à apporter pour permettre un meilleur contrôle du procédé. Entre autres, le taux de polymérisation, l’angle d’orientation des fibres et la température de mise en forme sont les principaux facteurs importants pris en compte. En effet, la recherche révèle que plus la température de mise en forme courbée est près de la température de transition vitreuse du composite moins la forme courbée à tendance à se conserver. Cela est similaire avec l’orientation des fibres, plus elles sont orientées circonférentiellement plus ce problème est de taille. De plus, le taux de polymérisation a un impact considérable sur la déformation maximale et sur la rigidité à haute température.

Ce mémoire rend compte d'une étude sur le comportement en compression de poteaux en béton armé incorporant de la poudre de verre (PV). Trois séries de six poteaux ont été testés sous compression uniaxiale. Ces poteaux se différencient des points de vue géométriques, de la configuration des étriers, du nombre d'armatures longitudinales et transversales et du type de béton. Ainsi, le projet s'est effectué en trois phases. La phase I comprend les six poteaux de rapport eau-liants (E/L) des bétons égale à 0,40 dont trois sont confectionnés avec du béton contenant 0% de PV et les trois autres sont fabriqués avec le béton contenant 20% de PV en remplacement de la masse du ciment. Les phases II et III représentent les poteaux confectionnés avec les bétons de E/L = 0,55. Pour chaque phase, trois poteaux renfermant du béton avec 20% de PV en remplacement de la masse du ciment et trois autres dont le béton contient 0% de PV ont été testés. Les poteaux de la phase II ont été testés entre 28 et 30 jours et ceux de la phase III entre 90 et 92 jours. Les résultats montrent que pour un rapport E/L = 0,40, l'ajout de 20% de PV retarde la fissuration de l'enrobage de béton et améliore la capacité portante ainsi que la réponse post-pic des poteaux testés entre 28 et 30 jours. La ductilité des poteaux avec 20% de PV est similaire ou supérieure à celle des poteaux incorporant 0% de PV. Les bétons avec PV présentent une ténacité plus élevée que celle des bétons sans PV. Pour E/L = 0,55, la résistance en compression à 28 jours (cure dans chambre humide) et à 30 jours (cure sous jute) des cylindres de bétons avec 20% PV est faible. Les poteaux incorporant 20% de PV ont une capacité portante plus faible mais leur réponse post-pic est semblable à celle des bétons avec 0% de PV. L'énergie emmagasinée par les poteaux avec PV est plus faible que celle des poteaux avec 0% de PV. Pour E/L = 0,55, les résultats (charges à l'apparition des premières fissures, charges aux pics, charges à la première perte de l'enrobage) pour les colonnes avec PV testées entre 90 et 92 jours sont légèrement inférieurs à ceux avec 0% de PV. Toutefois, la différence est beaucoup plus petite qu'elle ne l'est dans le cas des poteaux de même rapport E/L et testés entre 28 et 30 jours. Un gain de ductilité dans le cas des poteaux incorporant de la PV et testé entre 90 et 92 jours est observé.

Les matériaux pouzzolaniques sont utilisés depuis longtemps comme charge minérale dans le béton pour atteindre des avantages économiques ou techniques. Parmi ces matériaux, on rencontre la fumée de silice (FS) qui améliore les propriétés mécaniques et la durabilité des bétons. Néanmoins ce matériau présente des inconvénients tels que coûts élevés et approvisionnements irréguliers de la FS. En raison de l’évolution de la science et de la technologie des nanos, diverses formes de silice amorphe nanométrique sont devenues disponibles. Et c’est dans cette perspective que le choix de notre étude s’est porté sur les nanopoudres de verre (SGP) obtenues par sphéroïdisation du verre recyclé qui leur confère une surface spécifique plus élevée par rapport aux matériaux à l’échelle micrométrique et leur procure une plus grande réactivité pouzzolanique et un effet nano filler. Il est connu que les charges minérales sous forme de fines poudres créent des agglomérats. Pour contrer ce phénomène d’agglomération, objet de notre étude, des modifications de la surface des SGP ont été réalisées par attaque à l’acide sulfurique et greffage au polyéthylène glycol (PEG). Nos travaux ont porté dans un premier temps sur la caractérisation des SGP, SGP-acidifiées (SGP-A) et SGP-Pégylinisées (SGP-P) et dans un deuxième temps, sur l’exploitation des effets des SGP, SGP-A et SGP-P sur l’hydratation du ciment et leurs comparaisons aux résultats obtenus par l’incorporation de FS. Les études sur coulis nous ont permis de déterminer l’évolution de leur étalement en fonction du mode d’incorporation (addition ou remplacement), du type d’ajouts et aussi d’évaluer leurs demandes en eau et en superplastifiants. Les essais sur pâtes ont permis d’examiner leurs vitesses d’hydratation, déterminer la chaleur dégagée lors de cette hydratation et suivre l’activité pouzzolanique des ajouts cimentaires en mesurant la portlandite résiduelle. Les essais sur mortiers et bétons ont permis de déterminer l’effet des différents ajouts sur les propriétés aux états frais et durci. Les résultats expérimentaux de notre étude révèlent que : L’effet dispersant du superplastifiant PNS sur les nanopoudres de verre est meilleur que celui du PC. Les traitements chimiques des surfaces des nanopoudres de verre, contribuent à leurs défloculations. Les nanopoudres de verre améliorent la fluidité des systèmes cimentaires étudiés comparativement à celle de la fumée de silice même en absence de superplastifiant. L’addition des nanopoudres de verre est bénéfique pour l’accélération de l’hydratation du ciment par rapport à celle de la fumée de silice. À jeune âge, le remplacement du ciment par 10% en nanopoudres de verre accélère la réactivité pouzzolanique comparée à celle de la fumée de silice et du contrôle, mais à âge plus avancé les nanopoudres de verre ont une activité pouzzolanique lente. Les nanopoudres de verre en présence de superplastifiant PNS développent des résistances en compression supérieures à celle de la fumée de silice à jeune âge.

The use of waste materials in construction is among the most attractive options to consume these materials without affecting the environment. Glass is among these types of potential waste materials. In this research, waste glass in powder form, i.e. glass powder (GP) is examined for potential use in enhancing the characteristics of concrete on the basis that it is a pozzolanic material. The experimental and the theoretical components of the work are carried out primarily to prove that glass powder belongs to the "family" of the pozzolanic materials. The chemical and physical properties of the hydrated activated glass powder and the hydrated glass powder cement on the microstructure level have been studied experimentally and theoretically. The work presented in this thesis consists of two main phases. The first phase contains experimental investigations of the reaction of glass powder with calcium hydroxide (CH) and water. In addition, it includes experiments that are aimed at determining the consumption of water and CH with time. The reactivity, degree of hydration, and nature of the pore solution of the glass powder-blended cement pastes and the effect of adding different ratios of glass powder on cement hydration is also investigated. The experiments proved that glass powder has a pozzolanic effect on cement hydration; hence it enhances the chemical and physical properties of cement paste. Based on the experimental test results, it is recommended to use a glass powder-to-cement ratio (GP/C) of 10% as an optimum ratio to achieve the best hydration and best properties of the paste. Two different chemical formulas for the produced GP C-S-H gel due to the pure GP and GP-CH pozzolanic reaction hydration are proposed. For the pure GP hydration, the produced GP C-S-H gel has a calcium-to-silica ratio (C/S) of 0.164, water-to-silica ratio (H/S) of 1.3 and sodium/silica ratio (N/S) of 0.18. However, for the GP-CH hydration, the produced GP C-S-H gel has a C/S ratio of 1.17, H/S ratio of 2.5 and N/S ratio of 0.18. In the second phase of this research, theoretical models are built using a modified version of an existing cement hydration modelling code, "CEMHYD3D", to simulate the chemical reaction of the activated glass powder hydration and glass powder in cement. The modified model, which is referred to as the "MOD-model" is further used to predict the types, compositions and quantities of reaction products. Furthermore, the glass powder hydration data, which is obtained experimentally, is incorporated into the MOD-model to determine the effect of adding glass powder to the paste on the process of cement hydration and resulting paste properties. Comparisons between theoretical and experimental results are made to evaluate the developed models. The MOD-model predictions have been validated using the experimental results, and were further used to investigate various properties of the hydrated glass powder cement paste. These properties include, for example, CH content of the paste, porosity, hydration degree of the glass powder and conventional C-S-H and GP CS- H contents. The results show that the MOD-model is capable of accurately simulating the hydration process of glass powder-blended cement paste and can be used to predict various properties of the hydrating paste.

Au Québec, des milliers de tonnes de résidus de béton sont issus de la démolition des infrastructures et des milliers de tonnes de verre sont récupérés annuellement. Seulement près de la moitié de ces résidus sont réutilisés. La pression pour trouver des applications potentielles permettant une réutilisation optimale de ces résidus de démolition est grandissante. Dans un contexte de développement durable, la ville de Montréal a comme défi de réutiliser tous les matériaux de démolition qu’elle génère et tout le verre qu’elle récupère. Ce projet de recherche, financé par la ville de Montréal, s’inscrit donc dans une perspective de valorisation des matériaux recyclés et de développement de matériaux innovants et durables. L’objectif de cette étude de recherche est d’étudier et d’évaluer les divers potentiels d’application des granulats de béton recyclé et des granulats de verre recyclé dans les bétons compactés au rouleau. Le programme d’essais réalisé dans le cadre de cette étude comporte quatre phases. Dans un premier temps, des essais réalisés sur les matériaux recyclés ont permis de mieux les caractériser afin de formuler des mélanges de BCR optimaux. Par la suite, les propriétés à l’état frais et les propriétés mécaniques des BCR ont été réalisées en laboratoire. L’analyse de ces propriétés a permis de déterminer un taux de remplacement optimal. Ce taux de remplacement a été utilisé afin d’évaluer l’impact sur la durabilité des mélanges. Finalement, des analyses sommaires ont été réalisées afin de démontrer l’impact économique et environnemental d’un remplacement granulaire par des MR-2 dans les BCR. Les travaux de recherches ont montré qu’un remplacement granulaire par des matériaux recyclés affecte les propriétés à l’état frais, les propriétés mécaniques et la durabilité des BCR. Il a été montré qu’un taux de remplacement de ± 40 % dans le cas des granulats de béton recyclé et de ± 25 % dans le cas des granulats de verre recyclés permet d’obtenir un BCR présentant des propriétés satisfaisantes. Finalement, des analyses sommaires démontrent que l’utilisation de matériaux recyclés dans les BCR est profitable tant en matière économique et qu’en matière environnementale.

A la suite de la première démonstration de l'écriture de guide d'onde au sein de verres en 1996 par laser femtoseconde, l'écriture direct par Laser Femtoseconde (Femtoseconde Direct Laser Writing - FLDW) est apparu comme une technique souple pour la fabrication de structure photonique en trois dimensions au sein de matériaux pour l'optique. La thèse a porté sur l'inscription par laser femtoseconde de fonctionnalités optiques au sein de verres. Des éléments diffractifs par modification de l'indice de réfraction et des structures présentant des propriétés de luminescence ou d'optique non linéaire d'ordre deux ont pu être obtenus au sein de matériaux vitreux et étudiés.

Dans une première partie, notre étude porte sur les milieux faiblement continus avec une approche basée sur la géométrie non riemannienne. Nous considérons un corps solide déformable modélisé par une variété riemannienne munie d'une connexion affine. Un tel modèle est une extension d'un autre qui considère une connexion euclidienne, laquelle dérive du tenseur métrique imposé par l'espace ambiant. La masse par unité de volume peut être supposée non constante et le corps peut contenir des défauts décrits par des champs de discontinuité de champs scalaires ou de champs vectoriels définis sur la variété. Dans ce cas, en plus du tenseur métrique, nous utilisons nécessairement la torsion introduite par Cartan ou la courbure, deux tenseurs associés à la connexion affine. Nous disposons ainsi d'un modèle de milieu continu du second gradient. Les investigations prennent en compte les effets de ces champs tensoriels dans l'analyse de la déformation du corps. Comme application, nous décrivons l'atténuation spatiale d'une onde propagée dans un milieu non homogène. Dans une seconde partie, notre étude porte sur une modélisation de l'indentation Vickers du verre. Nous considérons un modèle qui utilise le schéma d'inclusion d'Eshelby dans une matrice semi-infinie, pour analyser les champs de contrainte et de déplacement durant le processus de charge. L'objectif est de déterminer la densification du verre sous l'indenteur. Les résultats semi-analytiques obtenus sont confrontés de manière positive avec des données expérimentales fournies par le LARMAUR.

La compréhension des mécanismes d'altération du verre suscite l'intérêt de la communauté scientifique notamment de l'industrie nucléaire, depuis que la vitrification est utilisée dans de nombreux pays pour stabiliser les déchets radioactifs de haute activité obtenus après le retraitement des combustibles usés. En France, on envisage de les stocker dans les argilites du Callovo-oxfordien de l'Est du bassin parisien. Il s'agit d'un stockage basé sur un concept multi-barrière (matrice vitreuse, conteneur en acier inoxydable, surconteneur en fer non allié et barrière géologique) dans le but de confiner de façon durable les radionucléides. Comme les expériences en laboratoire ne permettent pas de prédire directement le comportement de ces matériaux sur des échelles de temps de l'ordre du million d'années et que l'extrapolation ou la modélisation des phénomènes sur des périodes aussi longues, à partir de données à court terme, reste assortie d'incertitudes, la communauté scientifique s'oriente vers des travaux complémentaires destinés à valider ces différentes approches tels que l'étude d'analogues naturels et archéologiques aux verres nucléaires. Pour cette raison, des laitiers de haut-fourneaux provenant d'un site sidérurgique du XVIe (Glinet, Normandie) sont étudiés dans le cadre de cette thèse. Ils comportent en leur sein des zones vitreuses dans lesquelles on observe des inclusions de fonte, corrodées en présence de l'eau qui sature leur milieu d'enfouissement. L'apport de ce travail réside dans la compréhension de l'influence du fer sur les mécanismes et les cinétiques d'altération du verre. Pour atteindre ce but, une première étape a consisté à caractériser les objets archéologiques, particulièrement les interfaces entre le verre et les produits de corrosion, au sein des fissures, en utilisant des techniques d'analyses chimiques et structurales (microspectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage ou à transmission, et microscopie par absorption de rayons X sur faisceau synchrotron...) qui permettent de les étudier de l'échelle microscopique à l'échelle nanométrique. Cette étude a permis de proposer un scénario d'altération comportant différents mécanismes qui seraient à l'origine des faciès d'altération observés. La précipitation d'une phase de ferrosilicate a notamment pu être mise en évidence. Dans un deuxième temps, des expériences d'altération sur des verres de synthèse de composition et de structure similaires aux verres archéologiques ont été menées afin de comprendre les premiers stades de l'altération en présence ou non de fer. Deux phénomènes ont été mis en évidence : la sorption du silicium sur les phases à base de fer et la précipitation de ferrosilicates. Ce dernier semble avoir un impact plus important sur les cinétiques d'altération à court terme. L'ensemble de ces données indique que, malgré le colmatage précoce des fissures par des carbonates de fer, la présence de fer dans le milieu, rendu soluble par les conditions anoxiques et réductrices qui règnent dans le site, a conduit à augmenter significativement l'altération du verre sur le long terme, principalement en raison de la formation de ferrosilicates. Les observations faites sur les laitiers ont été croisées avec les données récentes issues des travaux sur les interactions entre le verre nucléaire, le fer et l'argilite du Callovo-Oxfordien. Il en ressort que la précipitation de ferrosilicates pourrait conduire à des effets similaires à ceux observés sur les laitiers. Une meilleure compréhension du processus en jeu, pourrait permettre d'évaluer l'impact sur la durabilité des colis et, si nécessaire, proposer des solutions pour s'affranchir des effets pénalisants.