Canada is the world's largest producer of flax. However, most of the flax fibers are used either for food production or to weave into clothing and blankets. So, by developing rein-forcements of flax fibers to be used in polymeric composites, there is an opportunity to not only produce value-added products, but also be more environmentally friendly. Flax fibers are characterized by a higher specific stiffness (stiffness divided by density) than glass fibers and therefore can be considered as a potential replacement of glass fiber in composite parts. In order to develop flax fiber composites that can be used in load-bearing structures unidi-rectional reinforcement of flax fibers must be developed. This thesis aims at developing a new unidirectional flax/paper reinforcement with inter-esting properties in terms of permeability, tensile mechanical properties and bonding strength between paper and flax fibers in the dry reinforcement. To study and model the important reinforcement parameters on the concerned properties, the classical robust parameter design approach is considered. Moreover, high quality fabrication and characterization methods are developed to yield consistent results. Feasibility of mass scale production of the hybrid uni-directional flax/paper reinforcement on the pilot paper machine of Innofibre is also studied. To study the reinforcement on a laboratory scale two material parameters, including sur-face density of the paper sheet and the surface density of the flax layer, as well as two fabri-cation parameters, including forming pressure and drying temperature, are considered. Ef-fects of these parameters are studied on three properties of the material, comprising the co-hesion between the two reinforcement layers (flax and paper), reinforcement permeability and mechanical properties of the final eco-composite. For the modeling aspect, the design of experiment followed by statistical modeling are used. In addition, effects of different rein-forcement architectures as well as the fiber volume fraction are studied through comparative studies. Effect of temperature on improving the flax- paper cohesion and decreasing its standard deviation in the dry reinforcement was identified. Mean and standard deviation of the per-meability along the yarns’ direction (K1) is mainly influenced by surface density of the flax layer. So, this parameter must be adjusted to its maximum value to reduce the standard deviation. It has been shown that the temperature has a statistically significant effect on the rein-forcement surface density as well as strength of the eco-composite. Although temperature effect on mean values of surface density and strength could be marginal from an engineering point of view, it is concluded that it should be adequately controlled during manufacturing process of the reinforcement to minimize variance of mechanical properties results. Through comparative studies, it was shown that the paper layer reduces the standard deviation of the K1 permeability and tensile properties of eco-composite. These results show that the flax/pa-per reinforcement has a robust architecture compared to sole layer of unidirectional flax. Specific stiffness of the final eco-composite is found to be higher than that of a UD glass fiber composite, at the same fiber volume fraction. This very important finding paves the way for industrial applications of the studied reinforcement. This material could be potentially used in the automotive industry, aerospace, sports as well as the building sector. The flax yarns are fed into the pilot paper machine of Innofibre and then at the exit of the machine, the paper sheet reinforced by unidirectional flax yarns was rolled up successfully. This result, proves that the mass scale fabrication of reinforcement is feasible and therefore paves the way for attracting industrial interest and also reducing its production costs. Les travaux de cette thèse visent à développer et caractériser un renfort unidirectionnel (UD) lin/papier contenant une couche UD de fils de lin alignés dont la cohésion est assurée par une couche de papier de fibres courtes de Kraft (fibres de bois). Les performances de ce nouveau renfort comprennent sa perméabilité à l'écoulement de résine liquide, le comporte-ment en traction du composite qui en résulte une fois imprégné, ainsi que sa résistance au cisaillement (cohésion à sec entre les fibres de lin et de papier). La résistance au cisaillement du renfort est un indice de qualité assurant que les fils restent autant que possible intacts (alignés) lors de la manipulation du renfort et autant que possible pendant l'injection de la résine. La perméabilité et la performance à la traction du composite (particulièrement sa rigidité spécifique) constituent pour leur part les bases permettant d'évaluer si des pièces composites fabriquées à partir de ce renfort peuvent concurrencer les composites à fibres de verre. Les paramètres étudiés du renfort comprennent la densité surfacique (ou grammage) des couches de lin et de papier, la pression de formation de renfort, ainsi que sa température de séchage. De plus les effets des différents taux de fibres et des différentes configurations (architectures) du renfort sont aussi étudiés. La possibilité de produire le renfort hybride UD lin/papier à grande échelle (machine d'Innofibre du Cégep de Trois-Rivières) est finalement évaluée. Selon la définition théorique de la conception robuste, un produit ou un procédé est ro-buste s’il est peu sensible aux effets des sources de variabilité rencontrées dans son cycle de vie, même si les sources elles-mêmes n’ont pas été éliminées. Considérant que les propriétés des fibres naturelles ont une variabilité inhérente, un objectif important de cette thèse consiste à étudier l'influence des différents paramètres sur la variation des propriétés pour ainsi appliquer une méthode de conception paramétrique robuste du nouveau renfort. À plus long terme le projet consiste à fabriquer des pièces composites de géométries et dimensions arbitraires en utilisant le renfort hybride UD lin/papier. Ce projet, lancé au laboratoire de mécanique et éco-matériaux (LMEM) en 2010, se compose de quatre phases : choix des constituants, conception de renforts, étude du comportement de composites plans, et finalement moulage et conception de pièces composites plus complexes. Toutes ces phases ne peuvent bien sûr être adressées dans un seul projet de thèse. Pour cette raison, dans cette thèse seule les phases de conception (paramétrique robuste) du renfort et d’analyse de son comportement sur des échantillons planaires sont adressées.

Les anodes de carbone sont utilisées dans le procédé d’électrolyse pour la production de l’aluminium primaire. Cette étape contribue à environ 15% du coût total de production de l’aluminium. Les anodes sont consommées régulièrement dans la cellule d’électrolyse et nécessitent en général un remplacement toutes les 2 à 4 semaines. L’étape la plus coûteuse de la fabrication des anodes est la cuisson où les propriétés des anodes sont fixées; donc, il s’agit d’une étape importante. Dans ces fours, les gaz qui circulent dans les cloisons fournissent la chaleur nécessaire pour la cuisson et le profil de vitesses influence énormément la distribution de chaleur. Une distribution uniforme favorise l’homogénéité de la cuisson. Cependant, la mesure de vitesses et du débit des gaz est difficile à cause de la complexité de l’écoulement créé par la géométrie particulière des cloisons. L’objectif de ce projet est de développer une technique pour déterminer le débit du gaz dans les cloisons d’un four horizontal de cuisson d’anodes. Une maquette d’une cloison a été conçue et construite pour tester les différentes méthodes de mesure et établir les critères sur lesquels la prise de mesure à l’usine est effectuée. Le comportement des gaz a été démontré en laboratoire par la visualisation de l’écoulement avec de la fumée et par la mesures des vitesses rencontrées dans deux configurations : une cloison issue de la littérature ayant deux rangées de briques et une autre industriel dont les détails (dimensions, géométrie) sont confidentiels. Des mesures de vitesses à l’entrée et sortie de la maquette cloison ont permis de déterminer les bilans de masse pour chaque cas de section du four de cuisson d’anodes simulé. Ces données ont aussi permis d’estimer les taux d’infiltration ou d’exfiltration selon la section étudiée. Suivant cette même démarche, une campagne de mesure a été effectuée à l’usine d’anodes. Des mesures ont été prises dans les différentes sections du four de cuisson d’anodes, surtout la section de refroidissement compte tenu des températures relativement basses qui permettent d’effectuer des mesures convenables. Ces données ont été donc recueillies (ΔP, emplacement des mesures, températures et vitesses d’écoulement des gaz chauds) permettant ainsi de faire une analogie avec les données déjà obtenus avec les travaux sur la maquette cloison pour cette configuration. Cette analogie a permis de comparer l’écoulement des gaz chauds au niveau de l’usine et de l’air au niveau de la maquette. Cette comparaison est essentielle pour déterminer les facteurs de correspondance entre l’usine et le laboratoire compte tenu de la différence substantielle des paramètres opératoires. En utilisant ces facteurs de correspondance, l’écoulement des gaz chauds a été calculé dans les sections du four de cuisson d’anodes où on a pu prendre des mesures. Ces résultats sont présentés dans ce mémoire. Carbon anodes are used in the electrolytic process for the production of primary aluminum. This step constitutes approximately 15% of the total cost of aluminum production. The anodes are regularly consumed in the electrolysis cell, and they are generally changed every 2 to 4 weeks. The most costly step of the anode manufacturing process is the baking process where the anode attains its final properties; thus, this is an important step. In these furnaces, the gas that circulates in the flues provides the heat necessary for the baking, and the velocity profile affects significantly the distribution of heat. A uniform distribution promotes homogeneous heating. However, the measurement of the velocities and the gas flow rate is difficult because of the complexity of the flow created by the particular geometry of the flues. The objective of this project is to develop a technique to measure the gas flow rate in the flues of a horizontal anode baking furnace. A physical model of a flue was designed and built to test different methods of measurement and to establish the criteria on which the measurements can be carried out in the plant. The gas behavior was characterized in the laboratory by flow visualization with fume. The velocity measurements were carried out in two different configurations: a flue from the literature with two rows of bricks and an industrial flue for which the details (dimensions, geometry) are confidential. The measurements at the entrance and exit of the model were used to determine the mass balance for each case section of the simulated anode baking furnace. These data were also used to estimate the rate of infiltration or exfiltration depending on the section studied. Following this same approach, a measurement campaign was carried out in an anode plant. Measurements were taken in different sections of the anode baking furnace, particularly the cooling section given the relatively low temperatures, which makes the measurement of velocities possible. These data were thus collected (ΔP, measurement location, temperatures, and flow rates of the hot gases), and an analogy was assumed with the physical model of the flue. This analogy was used to compare the flow of hot gas at the plant and the air in the model. This comparison is essential for determining the corresponding factors between the plant and the laboratory given the substantial difference in the operating parameters. These factors were used to calculate the flow in the industrial flues where the measurements were done. In this thesis, these results are presented.

Les lignes de transport de l’énergie électrique sont l’une des structures les plus vulnérables au givrage atmosphérique. Le givrage atmosphérique est un phénomène météorologique qui se manifeste par un dépôt des gouttes d’eau ou des flocons de neige, sur une surface froide exposée à l’air ambiant. Lorsque la glace accumulée sur la structure subit des contraintes environnementales ou structurales, sa masse se réduit, d’une façon souvent brutale, menant au phénomène de délestage. Ce phénomène affecte considérablement la stabilité des équipements et des structures et constitue un danger véritable sur la vie des individus. La compréhension du phénomène de délestage nécessite une étude approfondie de la physique de la glace atmosphérique, de ses caractéristiques thermodynamiques, rhéologiques et mécaniques. L’objet de la présente étude est de développer des outils pour prévoir le phénomène de délestage de la glace atmosphérique, le but primordial étant de développer des critères de rupture sous chargement uniaxial et triaxial. Le premier type de critère de rupture se base sur les observations expérimentales lors des essais de compression et de traction uniaxiale, ayant une nature purement phénoménologique, le critère de rupture uniaxial prend en considération l’effet du taux de déformation, de la température et de la porosité. Le deuxième type de critère de rupture, quant à lui, se base sur l’identification structurale des constantes matérielles incorporées dans des critères de rupture triaxiaux, en se basant sur les résultats des essais de compression triaxiale réalisés au sein de la CIGELE (Chaire industrielle sur le givrage atmosphérique des équipements des réseaux électriques) sur la glace atmosphérique, sous différentes conditions expérimentales. L’influence de la température et du taux de déformation sur la résistance sous confinement est également mise en évidence. La glace atmosphérique est accumulée au sein de la soufflerie de la CIGELE. Le flux et la vitesse à l'intérieur du tunnel sont contrôlés via un ordinateur de contrôle, la vitesse de l'air est ajustée à 20 m/s afin d’avoir un MVD (mean volume droplet diameter) de 40μm et une teneur en eau liquide (LWC) de 2,5 g/m3. La glace atmosphérique est accumulée sur un cylindre rotatif en aluminium de 78 mm de diamètre et de 590 mm de longueur, les températures considérées sont -5, -10, -15 et -20°C. Afin de déceler l’effet de la porosité, la glace granulaire désaérée est préparée en utilisant une autre technique développée au sein de la CIGELE. La structure cristalline et le taux de la porosité sont évalués en utilisant la microtomographie à rayon X. L’étude de la microstructure de la glace atmosphérique indique une taille des grains qui dépend fortement de la température. Le diamètre moyen des grains est d'environ 0.137 mm pour les échantillons de glace accumulés à -20°C, de 1.249 mm à -15°C et de 4.511 mm à -5°C. La porosité est de 2.25% à -20°C, de 1.06% à -15°C et de 0.28% à -5°C. Les essais de compression uniaxiale montrent que la résistance à la compression de la glace croît avec l’augmentation du Taux de déformation, la croissance se poursuit jusqu’à la transition ductile-fragile. Au-delà de cette transition, la glace se fragilise et sa résistance décroit. La glace colonnaire S2 présente un comportement fortement anisotrope. Sa résistance à la compression est maximale dans le sens parallèle à l’axe des colonnes. La résistance à la compression augmente avec la diminution de la température pour la glace granulaire désaérée. En ce qui concerne la glace granulaire poreuse, un seuil de résistance maximale est observé, au-delà duquel une diminution de la résistance à la compression est observée. La glace atmosphérique poreuse présente un comportement ductile même à des taux de déformation relativement élevés, ceci étant dû à la présence des cavités et des pores. Un critère empirique sous chargement uniaxial est proposé. Le critère permet de présenter le comportement de la glace atmosphérique en compression et en traction uniaxiale, sous différentes conditions. La dépendance du critère de rupture proposé de la température est présentée par la fonction shift WLF (Williams-Landel-Ferry). Afin de prédire la rupture fragile de la glace atmosphérique, un modèle neuronal est proposé. L’apprentissage dynamique par les données expérimentales permet d’apprendre le réseau, d’autres données sont utilisées pour la validation. Le modèle proposé montre une bonne capacité de prédiction, avec un taux d’erreur très acceptable. Les essais de compression triaxiale montrent que la résistance de la glace atmosphérique croît en augmentant la contrainte de confinement. Même sous confinement, la transition ductile-fragile de la glace atmosphérique est toujours observée à un taux de déformation de 10-3s-1, pour une température de -5°C, tandis que cette transition n’est plus observée pour des températures plus froides de -10 et -15°C. La dépendance de la résistance triaxiale de la glace atmosphérique à la température et du taux de déformation est toujours observée. Les trois critères de rupture de Mohr-Coulomb, de Hoek-Brown et de Larme sont considérés pour la glace atmosphérique, afin de prévoir la rupture de celle-ci sous des contraintes triaxiales. Les résultats des tests triaxiaux ont été utilisés pour identifier les constantes matérielles incorporées dans ces critères de rupture. Un modèle éléments finis a été appliqué afin de valider le critère de rupture de Mohr-Coulomb. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance avec les résultats des mesures expérimentales.

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.

De par leur ratio résistance/poids très avantageux, les matériaux composites trouvent de plus en plus d’applications notamment, dans le domaine aéronautique. Or la sensibilité des multicouches aux délaminages limite leur usage principalement à des parties non structurelles. Pour éviter ce problème et étendre le domaine d’application des matériaux composites, les tissés interlock ont été développés ; leur tissage « dans l’épaisseur » donne à ces matériaux une meilleure tolérance aux dommages et leur ouvre des applications telles que les aubes de soufflantes de ré-acteurs d’avions. De plus, le procédé R.T.M. utilisé dans ce cas permet de produire à moindre coût des pièces de géométrie complexe. Dans ce contexte, il est capital de bien connaître les propriétés des pièces finies, que ce soit du point de vue du comportement dynamique ou de la tenue à l’impact. La simulation du formage des renforts 3D présente donc un intérêt majeur connaissant l’influence des directions de mèches sur le propriétés de la pièce finie. Dans ce travail de recherche, nous introduisons un élément fini Lagrangien, semi discret permettant de simuler la mise en forme de préformes interlocks. Deux modèles sont considérés pour prendre en compte l’intégralité du comportement ; la tension dans les mèches est modélisée de manière discrète alors que les autres contributions le sont par un modèle continu. L’autre volet de ce travail est consacré à la caractérisation expérimentale de ces matériaux en traction, compression et cisaillement. Puis à l’identification du modèle. L’élément, implémenté et validé dans un code de calcul en dynamique explicite développé au laboratoire, permet alors des simulations de mise en forme validées par l’expérience.

Le titane et ses alliages sont largement utilisés dans les domaines aéronautique, spatial, de l’armement, du génie civil, dans des applications commerciales et biomédicales en raison de sa résistance à la rupture élevée, d'une bonne ductilité et d'une grande biocompatibilité. Les mécanismes de la déformation plastique du titane ont été étudiés en détail par le passé, particulièrement sur l'étude de la déformation par maclage car il a une grande influence sur les propriétés mécaniques. Une méthode d’essais "in situ" en EBSD basée sur des tôles polies et colées ensemble a été développée dans cette étude et utilisée en laminage et en compression plane. Avec cette méthode, des mesures EBSD sont effectuées à chaque étape de la déformation dans la même zone comprenant un grand nombre de grains. Par conséquent, l'information sur l'orientation de ces grains à chaque l'étape de la déformation est mesurées. Le maclage apparait dans les grains qui ont des orientations particulières. En règle générale, la réorientation induite par le maclage aligne l'axe c de la partie maclées vers les orientations stables de la texture de laminage, de sorte qu'aucun autre maclage secondaire peut être induit. Le maclage secondaire se produit uniquement lorsque le macle primaire envoie l’axe c loin des orientations stables. Pour les grains maclés, la rotation du réseau de la matrice est semblable à celle des grains ayant une orientation cristallographique identique mais sans macles. Deux types de systèmes de macles ont été activés au cours de la déformation à la température ambiante: des macles de tension (10-12) et des macles de compression (11-22). Dans le maclage primaire, les résultats montrent que les variantes de macle ayant des facteurs Schmid supérieurs à 0.4 ont une bonne chance d'être actifs. Les comportements des deux types de maclage sont complètement différents. Dans la déformation en compression, les macles (11-22) montrent le comportement de type multiplication des variants (Multiply Variants System: MVS) alors que les macles (10- 12) montrent le type de maclage prédominant (Predominant Twin System: PTS). Cette étude présente deux types de macles doubles dénommées C-T1 (= macle primaire de Compression et macle secondaire de Tension) et T1-C (= macle primaire de Tension et macle secondaire de Compression). Tous les variants sont classés seulement en trois groupes: A, B et C par symétrie cristallographique. Les désorientations de ces 3 groupes par rapport à l’orientation de la matrice sont respectivement de 41.34°, 48.44° et 87.85°.Une forte de sélection de variant se déroule dans le maclage double. Pour les macles doubles CT, 78.9% des variantes appartiennent à la B et pour T1-C, 66.7% des variantes appartiennent à C. Le facteur de Schmid joue un rôle prépondérant dans la sélection des variants des macles doubles. Les caractéristiques géométriques, associant “ volumes communs ” et l’accommodation de la déformation ne contribuent pas de manière significative à la sélection des variants / Titanium and its alloys are widely used in aviation, space, military, construction and biomedical industry because of the high fracture strength, high ductility and good biocompatibility. The mechanisms of plastic deformation in titanium have been studied in detail, especially deformation twinning since it has a great influence on the ductility and fracture strength. In this study, an interrupted “in situ” SEM/EBSD investigation based on a split sample of commercial titanium T40 was proposed and performed in rolling and channel die compression. This approach allows to obtain the time resolved information of the appearance of the twin variants, their growth, the interaction between them and the interaction with the grain boundaries or twin boundaries. With the orientation data acquired by the EBSD technique, we calculated the Schmid factor, crystallographic geometry, and plastic energy associated with each variant of primary twins, secondary twins and double twins to investigate the lattice rotation, the activation of twins, the growth of twins, and the variant selection criterion. In this observation, two types of twin systems were activated: {10-12} tension and {11-22} compression twins. Secondary twins were also activated, especially the twin variants with the highest Schmid factors (e.g. higher than 0.4). The growth of the two types of twin is quite different. The {11-22} twin shows Multiple Variants System (MVS) whereas the {10-12} twin shows Predominant Variant System (PVS). The twinning occurs in grains that have particular orientations. Generally, the reorientation induced by the twinning aligns the c-axis of the twinned part to the stable rolling texture orientations, so that no further secondary twinning can be induced. The secondary twinning occurs only when the primary twinning orientates the c-axis of the primary twins far away from the stable orientations. For twinned grains, the lattice rotation of the matrix is similar to that of the grains having a similar crystallographic orientation but without any twin. Two sets of double twins were observed in this study, classified as C-T1 and T1-C double twins respectively. All the variants of C-T1 and T1-C double twins were classified into three groups: A, B and C according to the crystallographic symmetry. The misorientations of theses three groups with respect to the matrix are 41.34°, 48.44° and 87.85°. Strong variant selection took place in double twinning. In C-T1 double twins, 78.9% variants belong to group B whereas in T1-C double twins, 66.7% variants belong to group C. The plastic energy and Schmid factor both play important roles in the variant selection of double twinning. Geometrical characteristics, like the common volume or strain accommodation do not contribute significantly to the variant selection

L'étude des événements de givrage atmosphérique sur les réseaux de transport de l'énergie électrique constitue une préoccupation importante des habitants des régions de climat froid, telles que la province de Québec. Ceci inclut la compréhension de plusieurs phénomènes complexes en vue de réduire les risques de dommages aux réseaux de transmission existants et à ceux qui seront être implantés dans le futur. Dans cette perspective, il est important de comprendre ces phénomènes par l'analyse des événements de givrage atmosphériques antérieurs et de les modéliser. La présente recherche, effectuée dans le cadre des travaux de la Chaire industrielle NSERC/HYDRO-QUÉBEC/UQAC sur le givrage atmosphérique des équipements des réseaux électriques (CIGELE), avait pour but d'analyser les événements passés tels qu'enregistrés par le réseau de mesure SYGIVRE d'Hydro-Québec, et de créer un modèle de prédiction en temps réel de l'évolution des tempêtes de verglas pour différentes régions du Québec. Les informations météorologiques disponibles dans la base de données SYGIVRE, mesurées à l'aide d'un givromètre amélioré (ice rate meter), couvrent 6 ans, à partir de 1992, ceci pour un total de 28 stations. Une technique par réseaux de neurones a été choisie comme base pour le travail de modélisation. L'analyse exploratoire des événements de verglas contenus dans la base de données SYGIVRE constitue la première étape de l'étude. Cette étude a consisté à extraire de la base de données les tempêtes de verglas, à faire ressortir les caractéristiques de chaque paramètre de la base de données et à rendre les données adaptées au traitement par réseaux de neurones. Quatre groupes de stations ayant un rapport géographique et météorologique sont impliqués dans la prédiction, chacun étant traité séparément. Un premier modèle prédictif basé sur la technique des réseaux de neurones a été conçu en vue d'étudier l'évolution des tempêtes en se basant sur la relation spatiale qui existe entre les stations d'un groupe. La variable à prédire à chaque point pour une station est une variable dichotomique qui prend la valeur 1 s'il y a un événement de givre et 0 sinon. Ce modèle constitue une grande amélioration comparativement à des modèles antérieurs décrits dans la littérature, basés sur la méthode de régression logistique. Afin d'obtenir un modèle plus réaliste, un second modèle a été créé pour prédire en temps réel le poids de la glace accumulée sur la structure. Le modèle utilise les informations binaires avec des variables météorologiques, et la prédiction est ajustée pour évaluer différents temps futurs. Les résultats ont montré que la meilleure performance possible du modèle peut être réalisée en ajoutant au modèle de prédiction les variables de température et du poids de la glace. Toutefois, le modèle détecte encore difficilement les événements de verglas extrême. En conclusion, il est apparu qu'inclure un plus grand nombre d'années d'observations aux deux modèles devrait améliorer la performance de la prédiction, puisque ceci augmenterait la quantité des informations à étudier. Il s'agit d'ailleurs d'une condition essentielle aux prédictions par réseaux de neurones.

Ce mémoire décrit sur une nouvelle méthode pour briser la glace en utilisant les ondes de choc. Le travail effectué a consisté à concevoir, fabriquer et caractériser un dispositif pouvant focaliser des ondes de choc dans l'air. Trois réflecteurs elliptiques ont été utilisés de façon à focaliser des ondes de choc sur un disque de glace. Les ondes de choc sont générées par une décharge électrique d'environ 10 kV dans l'air à -4,5°C au foyer primaire du réflecteur. Les échantillons de glace qui ont un diamètre de 8,5 cm et une épaisseur variant de 3 à 10 mm, sont placés au foyer secondaire. L'efficacité des réflecteurs a été caractérisée dans les directions axiales et radiales à l'aide d'un capteur de pression commercial. La pression maximale enregistrée au point focal est de 400 kPa (près de quatre fois la pression atmosphérique) avec un temps de montée de 2 us. La rupture complète a été observée sur des échantillons d'une épaisseur maximale de 9,2 mm après un seul passage de l'onde de choc. Les échantillons dont l'épaisseur est comprise entre 9,2 et 10 mm se fracturent après plusieurs coups et finalement ceux dont l'épaisseur est supérieure à 10 mm ne se fracturent pas. Le processus de rupture semble être reliée à un processus de flexion en domaine fragile. Une hypothèse, reliée à la présence des bulles dans les échantillons de glace, a été proposée pour expliquer la rupture de ceux-ci par plusieurs coups successifs.

Les réseaux de transmissions électriques et de télécommunications des pays froids sont soumis à des conditions météorologiques extrêmes caractérisées par des tempêtes de givre ou de verglas. En janvier 1998, la région de Montréal (Québec, Canada) a été paralysée par une tempête de verglas d'une durée exceptionnelle entraînant la rupture mécanique de nombreux câbles de transport d'électricité et même de lignes. Un site de givrage naturel comportant deux lignes électriques expérimentales sur le Mont Valin, au nord de Chicoutimi (Québec, Canada), fournit une base de données contenant douze saisons de givrage, de la saison 86-87 à la saison 97-98. Ces lignes expérimentales ne sont pas alimentées en courant électrique. La première ligne installée sur le site est un câble témoin d'une portée de 31,4 mètres. La seconde, appelée ligne expérimentale, est composée d'un câble de garde, d'un câble Bersimis et d'un faisceau de quatre conducteurs Bersimis. Sa portée est de 96,515 mètres. Chaque saison de givrage se décompose en événements de glace atmosphérique, un événement pouvant comprendre trois phases successives: une phase d'accrétion de la glace, une phase de maintien de la glace et une phase de délestage de la glace. La phase de maintien de la glace est un concept nouveau qu'il faut définir clairement à l'aide de critères. Cette phase caractérise l'état de stabilité de la glace qui se maintient de façon aléatoire sur les câbles. En général, cette phase est la plus longue des trois phases; elle peut durer de quelques heures à quelques mois. Nous distinguons habituellement trois grands types de glace d'origine atmosphérique susceptibles d'entraîner des surcharges importantes sur les lignes aériennes par dépôt et formation éventuelle de manchons autour des conducteurs : le givre, le verglas et la neige mouillée. Dans l'atmosphère, les nuages, constitués de très petites gouttelettes d'eau et parfois de cristaux de glace, sont à l'origine de la formation de la glace atmosphérique. Sur le site du Mont Valin, les câbles sont principalement recouverts de dépôts de givre et de verglas, parfois de neige mouillée. La neige mouillée doit être différenciée de la neige sèche. Pour le verglas et le givre, la rigidité en torsion d'un conducteur ou d'un câble a un effet sur la quantité de glace qui peut s'y déposer et sur la forme du manchon de glace. Sur un conducteur toronné, la rigidité en torsion du conducteur influence la forme axiale ou cylindrique de l'accumulation de neige alors que la rigidité en torsion n'a aucun effet sur un conducteur lisse recouvert de neige. Des critères ont été définis afin d'identifier le début et la fin de la phase de maintien de chaque événement des douze saisons de givrage et afin d'identifier les différents types de glace (givre, verglas, neige mouillée) et les mélanges de ces types de glace présents sur les câbles pendant la phase de maintien. Dans le cas des mélanges, l'ordre successif de formation de chaque type de glace (givre, verglas, neige mouillée) a été pris en compte. L'utilisation de ces critères a permis de créer une base de données sur Excel pour chaque type de câble, donc pour le câble Bersimis, le câble du faisceau, le câble de garde et le câble témoin. Ces données se rapportent à la phase de maintien et à la charge maximale atteinte pendant la phase de maintien pour 75 événements du câble Bersimis, 75 événements du câble du faisceau, 85 événements du câble de garde et 62 événements du câble témoin. Quatorze mélanges ont été identifiés. Une analyse de régression multiple a été réalisée sur la charge de glace maximale des événements pendant la phase de maintien en fonction des variables suivantes : le type de glace ou de mélange correspondant à la charge maximale, la durée entre le début de la phase de maintien et l'instant où la charge maximale est atteinte, la charge de glace en fin de phase d'accrétion et le taux d'accrétion moyen pendant la phase d'accrétion. Le résultat attendu est de savoir, à partir de l'analyse de régression linéaire, quels paramètres influencent le plus la formation de la charge maximale d'un événement de glace atmosphérique. Une description statistique de la charge maximale a aussi été effectuée par type de câble et par type de glace et de mélange. La phase de maintien a été analysée en considérant les paramètres suivants : les types de glace et les mélanges présents sur les câbles pendant la phase de maintien, la température moyenne de l'air pendant la phase de maintien, la variation de la charge de glace pendant la phase de maintien, la vitesse moyenne et maximale du vent perpendiculaire à la ligne expérimentale pendant la phase de maintien, la durée de la phase de maintien, les délestages de glace pendant la phase de maintien et les types de délestages en fin de phase de maintien. En conclusion, l'analyse de régression a montré que le type de glace ou de mélange correspondant à la charge maximale n'a pas d'influence sur la valeur de la charge maximale. La durée de la phase de maintien diffère d'un câble à l'autre. Ceci est lié au fait que les charges de glace maximales et les délestages de glace différent d'un câble à l'autre. L'analyse statistique est un outil très intéressant qu'il faut savoir interpréter avec précaution en tenant toujours compte des phénomènes physiques qui se rapportent au sujet traité.

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