Cette thèse s'inscrit dans une approche résolument pluridisciplinaire, centrée sur l'étude biogéochimique des cycles d'éléments majeurs - éléments en trace dans les eaux contrôlées par l'activité des microorganismes (piégeage/rélargage par la biomasse ou dégradation de la matière organique dissoute et particulaire). Le caractère innovant de ?ette thèse réside dans l'étude, pour la première fois, de l'impact de l'activité microbienne (minéralisation aerobiques par les bactéries typiques des sols, Pseudomonas) sur les cycles biogéochimiques des éléments grâce à la mise en oeuvre en parallèle d'outils géochimiques, physicochimiques et microbiologiques. Cette étude simultanée des cycles biogéochimiques des éléments et des paramètres d'activité biologique nous permettra de prédire les réponses des systèmes naturels aux changements climatiques et aux interventions humaines (sous forme de pollution organique ou métallique). Les études de terrain ont été accompagnés par des étude plus detaillés en laboratoire des mécanismes réactionnels. Dans le cadre de ce travail, mes efforts ont été consacrés à l'étude physicochimique des processus via la modélisation expérimentale de la dégradation de la matière organique des extraits du sol. Et des recherches des relations quantitatives entre la dégradation de la matière organique par les bactéries hétérotrophes Pseudomonas et les cycles des éléments associés. / Multidisciplinary approach for the study of the biogeochemical cycles of the main elements in soils and waters controlled by the activity of microorganisms (by uptake/release of cells or in the process of degradation of dissolved organic matter) was used in the thesis. The innovation of this work is to study the effect of microbial activity (soil typical aerobic bacteria Pseudomonas) on the biogeochemical cycles of elements due to take place geochemical, physical, chemical and microbiological processes. The simultaneous study of the biogeochemical cycles of elements and parameters of biological activity will allow us to predict the response of natural systems to climate change and human-induced disturbance (organic or metallic contamination). Field studies were accompanied by detailed laboratory studies of the reaction mechanisms. The thesis considers to the study of physical and chemical processes using of experimental modeling of the degradation of organic matter in soil extracts and to the study of the quantitative relation between the degradation of organic matter by heterotrophic bacteria Pseudomonas and cycles elements.

Les convertisseurs thermoélectriques conventionnels, exploitant l’effet Seebeck, sont constitués de matériaux massifs. Ce principe de conversion est fortement limité par les propriétés antagonistes de tout matériau massif à savoir la conductivité électrique et la conductivité thermique. De manière alternative, une technique de conversion directe basée sur l’émission thermoélectronique a été développée et révèle un rendement élevé à haute température. Le principe d’injection thermoélectronique est fortement limité par le travail de sortie, barrière énergétique que doit surmonter un électron pour être extrait de l’électrode. Un moyen de contourner cette difficulté est de fonctionnaliser la surface des électrodes avec un matériau à faible travail de sortie, typiquement 1eV. Le potassium et le césium ainsi que leurs oxydes ont été identifiés par la littérature comme matériaux candidats pour la fonctionnalisation de surface des électrodes réduisant considérablement leur travail de sortie, entre 0.4eV et 0.9eV. Leur utilisation a permis d’élargir le domaine de température pour lequel le convertisseur d’énergie thermoélectronique est efficace, s’approchant davantage du rendement limite de conversion de Carnot. / One main challenge associated with solid-state thermoelectric materials is to combine electron-crystal electrical conductivity and phonon-glass thermal properties that are difficult to conciliate. A markedly different principle of thermoelectric conversion is based on the micro thermionic generator that exploits electron injection and heat rejection across two electrodes, hot and cold, immersed in vacuum, a promising pathway to new electronic devices. To properly operate thermionic emission converters near room temperature, highly efficient emitting electrodes must be integrated. This naturally motivates the development and characterization of thin films that feature a very low work function lower than 1eV. Even better than alkalis like K and Cs, their oxides have been reported to produce work functions as low as 0.4 and 0.9eV respectively. The work function of the electrodes of the micro thermionic generator has been effectively reduced and the efficiency is much closer than the Carnot limit.

Le principal objectif de ce travail est l’investigation et la quantification de l’influence des interactions parent-macle et macle-macle sur la réponse mécanique des métaux hexagonaux, et en particulier sur celle du Mg et du Zr. Une nouvelle approche à champs moyens est tout d’abord proposée pour étudier l’interaction parent-macle. Cette dernière est déclinée en deux modèles micromécaniques à double-inclusion : un premier modèle généralisant le résultat de Tanaka-Mori aux milieux élastiques hétérogènes avec déformations libres de maclage appliqué au Mg pour du maclage primaire et secondaire, et un second modèle consistant en une extension du premier modèle à un milieu élasto-plastique appliqué à des polycristaux d’alliage de Mg subissant un maclage primaire important. Leurs résultats mettent notamment en valeur l’influence des interactions de type parent-macle sur l’évolution des contraintes internes ainsi que sur l’activation des modes de glissement et de maclage. L’influence des interactions macle-macle sur les phénomènes de nucléation et de croissance de macles est ensuite étudiée de façon statistique à partir de données EBSD extraites à partir d’un logiciel, basé sur la théorie des graphes et développé lors de la thèse. La première étude réalisée sur le Zr montre que les interactions macle-macle sont défavorables à la nucléation de nouvelles macles et que les mécanismes de croissance peuvent différer de façon conséquente d’un mode de maclage à l’autre. Une seconde étude, effectuée à partir d’échantillons d’alliage AZ31 Mg, discute des macles d’extension primaires {10-12} à faible facteur de Schmid et des double-macles {10-12}-{10-12} / The objective of this thesis is to investigate and quantify the influence of parent-twin and twin-twin interactions on the mechanical response of h.c.p. metals. To study parent-twin interactions, a mean-field continuum mechanics approach has been developed based on a double inclusion topology. A first model generalizing the Tanaka-Mori scheme to heterogeneous elastic media is applied to first and second generation twinning in Mg. The model is capable of reproducing the trends in the development of backstresses within the primary twin and enables the identification of the most likely second-generation twin variants to grow in a primary twin domain. A second self-consistent model, consisting of an extension of the first one to the case of elasto-plasticity, is applied to AZ31 Mg polycrystals. The results show that deformation system activities and plastic strain distributions within twins drastically depend on the interaction with parent domains. The influence of twin-twin interactions on nucleation and growth of twins is being statistically studied from Zr and Mg electron back-scattered diffraction (EBSD) scans. A twin recognition software relying on graph theory analysis has been developed for data extraction. The results obtained from Zr EBSD maps reveal that twin-twin interactions hinder subsequent twin nucleation and that mechanisms involved in twin growth may differ for each twinning mode. A second study performed on AZ31 Mg presents statistics about low Schmid factor {10-12} tensile twins and about {10-12}-{10-12} double twins coupled with a simplified version of the Tanaka-Mori scheme generalized to heterogeneous elasticity with plastic incompatibilities.

La phytoremédiation est présentée comme une option pour gérer des sols dégradés. Les potentialités de Miscanthus × giganteus ont été évaluées, dans des conditions ex situ et in situ, avec pour objectif de produire une biomasse sur des sols agricoles fortement contaminés par Cd, Pb et Zn. Il a été dressé un bilan sur le comportement de la plante face à un gradient de contamination des sols, en intégrant les variations saisonnières et différentes pratiques agronomiques (choix du cultivar, densité de plantation, amendement biologique, fertilisation azotée). Il a aussi été étudié l’influence du miscanthus sur la mobilité des métaux dans les sols. Les résultats ont montré que la contamination des sols ne perturbe pas la croissance de M. × giganteus et le rendement de la biomasse récoltée. Le cadmium, Pb et Zn sont principalement accumulés dans les racines et d’une façon générale, M. × giganteus réduit leur transfert vers les organes aériens. Cette plante présente un bon potentiel pour la phytostabilisation des métaux et d’une façon plus globale, pour le phytomanagement. Prises individuellement, les pratiques agronomiques n’ont pas d’effet sur le comportement de la plante. En revanche, la fertilisation azotée d’une part, et l’interaction entre le cultivar et l’ajout de l’inoculum endomycorhizien d’autre part, favorise légèrement l’accumulation de Cd et Zn dans les organes aériens des cultivars étudiés. Compte tenu du caractère pérenne de la plante, il conviendrait de valider ces résultats sur le long terme, d’étudier les effets du stress métallique sur la santé de la plante et d’évaluer le devenir des polluants en lien avec l’accumulation des matières organiques dans le sol. / Phytoremediation is considered as an option for management of degraded soils. The potential of Miscanthus × giganteus were assessed in ex situ and in situ conditions, with the aim of producing biomass on agricultural soils heavily contaminated by Cd, Pb and Zn. The study mainly focused on the behavior of M. × giganteus growing on soils presenting a contamination gradient, and included seasonal variations and different agronomic practices, i.e., choice of the cultivar, planting density, biological soil amendment and nitrogen fertilization. The influence of the plant on metal mobility in soils was also assessed. The results show that soil contamination does not affect M. × giganteus growth and shoot yields. Cadmium, Pb and Zn are mainly accumulated in roots and in general M. × giganteus reduces their transfer to the aboveground organs. This plant presents therefore a great potential for metal phytostabilisation, and in a more comprehensive way, for phytomanagement. Taken individually, agronomic practices did not affect the plant behavior. However, nitrogen fertilization on one hand, and the interaction between the cultivar ad the endomycorrhizal inoculum on the other hand, increase the Cd and Zn accumulation in miscanthus organs. Given the perennial nature of the plant, long-term studies are needed to validate the present results, to assess the effects of metal-induced stress on the plant health as well as the fate of contaminants in relation to the accumulation of soil organic matter in miscanthus plantations.

Dans cette thèse, nous avons caractérisé chimiquement (métaux, EC, OC) les particules atmosphériques (PM10, PM2,5, PM1), étudié leurs sources et leur devenir puis modélisé leur comportement dynamique dans l’air intérieur de classes d’écoles du Nord Pas de Calais. Les teneurs en PM10 dépassent largement et presque systématiquement (moyenne de huit écoles : 97±28µg/m3) la valeur de gestion journalière (50µg/m3) pour l’air intérieur (recommandations OMS et ANSES). Les seuls éléments métalliques (Al, Ba, Ca, Fe) nettement associés à une source intérieure sont liés à l’utilisation de craie. Bien que l’on retrouve une quantité importante de particules d’origine extérieure dans les classes (trafic automobile, sources industrielles ou naturelles, …), les activités physiques des élèves sont à l’origine de la majeure partie des teneurs en PM10 en suspension dans l’air intérieur. Ce phénomène de remise en suspension n’influence pas significativement la répartition des métaux, majeurs et traces dans les PM10. La modélisation de l’évolution des teneurs en PM10 intérieures est clairement influencée par la présence d’activité dans les classes, nécessitant de prendre en compte les phénomènes de remises en suspension. De même, le comportement des particules est lié à la distribution granulométrique ainsi qu’aux caractéristiques intrinsèques du bâtiment qui contrôlent les échanges d’air avec l’extérieur. Le modèle déterministe développé dans ce travail permet une prédiction simple de l’évolution des concentrations en particules en fonction de leur distribution granulométrique dans les classes d’écoles. / During this thesis, we chemically characterized (metals, EC, OC) then studied the sources and the fate of airborne particles (PM10, PM2,5, PM1) in indoor air. Another part of this work concerns the modelization of their behavior in class-rooms of primary schools in the Nord Pas de Calais region. These PM10 values largely and almost systematically exceed (average value for eight schools: 97 ± 28μg/m3) the daily limit values (50μg/m3) for indoor air (WHO and ANSES recommendations). The only elements Al, Ba, Ca and Fe clearly associated to an indoor source are linked to the use of chalk. Although there is a significant amount of particles of outdoor origins found in class-rooms (such as traffic, industrial or natural sources), pupils’ physical activities represent the major source of airborne PM10 in indoor air. The resuspension phenomenon doesn’t influence significantly the elemental (major and traces elements) distribution of the indoor PM10.The modelization of the evolution of indoor PM10 is clearly influenced by the activities of the pupils in class-rooms, requiring taking into account the resuspension phenomena. In addition, the behavior of particles is associated to their size distribution as well as the intrinsic characteristics of the building envelope which control the indoor-outdoor air exchange.The deterministic model developed in this work will allow easily simulating the evolution of particle concentrations according to their size distribution in class-rooms.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce mémoire présente la conception d'un mini robot d'interaction rétroentraînable translationnel à trois degrés de liberté pour des tâches de finition de pièces métalliques, telles que le polissage et l'ébavurage. Le mini robot sert de tête de compliance, permettant l'adaptation d'un robot industriel à une pièce. Les propriétés physiques du mini robot permettent l'implantation d'un algorithme de commande en impédance lors de l'utilisation du système. La faible masse du mécanisme permet de l'installer à l'effecteur d'un robot industriel, formant ainsi un système de type macro-mini. Malgré la faible taille du mini robot, il peut exercer les forces de contact nécessaires pour effectuer des tâches de finition. Premièrement, un prototype d'un robot translationnel plan à deux degrés de liberté est préalablement conçu. Un algorithme de commande en impédance est développé et est ensuite testé conjointement avec le prototype afin de vérifier ses performances pour une tâche prédéfinie. Ensuite, un prototype du mini robot à trois degrés de liberté est conçu. Différentes architectures de robots translationnels à trois degrés de liberté sont comparées ; l'architecture la plus appropriée pour le projet est sélectionnée. Des paramètres géométriques sont sélectionnés pour le robot. Les capacités physiques de l'architecture sont prédites afin de s'assurer de respecter tous les critères de conception. Par après, l'algorithme de commande en impédance est adapté au mini robot. Celui-ci est installé sur un robot portique afin de former le système macro-mini. Des tests de sablage sont effectués afin de valider le fonctionnement du système et permettent d'identifier différentes problématiques du système. L'architecture du mini robot est modifiée afin de diminuer l'effet de ces problématiques. De nouveaux tests sont effectués afin de valider l'amélioration des performances du système avec cette nouvelle version du mini robot. Des recommandations sont formulées quant au concept de la tête de compliance et les limites d'utilisation de celle-ci sont établies. Le mini robot est comparé aux têtes de compliance actuellement sur le marché. Finalement, une méthode permettant d'évaluer l'amplitude des forces de friction du mécanisme est présentée. Une première ébauche d'un algorithme de compensation de la friction est aussi développée. / This Master's thesis presents the design process of a backdrivable three-degree-of-freedom translational mini robot used to control the interaction with a metallic part during finishing tasks, such as polishing and deburring. The mini robot acts as an active contact flange, allowing an industrial robot to adapt to a part. The physical properties of the mini robot make it possible to implement an impedance control algorithm when using the system. The low mass of the mechanism allows it to be installed at the end-effector of an industrial robot, forming a macro-mini system. Despite the small size of the mini robot, it can apply the necessary contact forces to accomplish the finishing tasks. Firstly, a prototype of a two-degree-of-freedom planar translational robot is first conceived. An impedance control algorithm is developed and is then tested using the planar robot to evaluate its performance when accomplishing a predefined task. Then, a prototype of the mini robot is designed. Different three-degree-of-freedom robot architectures are compared; the most suitable architecture for the project is selected. Geometrical properties are initially chosen for the robot. The physical capabilities of the architecture are predicted to ensure that the design criteria are satisfied. The impedance control algorithm is then adapted to the mini robot. The macro-mini system is formed by installing the mini robot on a gantry robot. Sanding tests are carried out in order to validate the performance of the system. The results of the tests reveal a few issues with the robotic system. The architecture of the mini robot is therefore modified in order to mitigate the impact of the issues previously identified. New tests are carried out with the intention of validating the improvement of this new version of the mini robot's performance. The results of the second series of tests are used to make recommendations about the contact flange's design and usage limitations are established. The mini robot is compared to other contact flanges already available on the market. Finally, a method allowing the determination of the magnitude of the mechanism's friction forces is presented. A first draft of a friction compensation algorithm is developed.

La production d’éléments de terres rares (ETR) est importante pour des filières comme l’énergie éolienne et l’électrification des transports, mais leur valorisation exige une séquence de procédés minéralurgiques et hydrométallurgiques complexes, couteux et peu documentés, notamment en raison de secret industriel. Comme aucune mine ou usine de production d’ETR n’est présentement en opération en sol canadien et que les investissements requis pour une mise en production sont de l’ordre du milliard de dollars, l’établissement d’indices de performance (rendements) fiables et de modèles des procédés est essentiel. Les concentrés produits lors des étapes de traitement du minerai comportent plusieurs minéraux porteurs d’ETR et des minéraux de gangue variés qui peuvent avoir des conséquences néfastes sur les opérations hydrométallurgiques requises pour l’extraction des ETR, un aspect rarement abordé la littérature. Enfin, l’économique de la transformation des ETR et la gestion des radionucléides sont des sujets qui sont souvent évacués des discussions, bien qu’ils soient cruciaux au développement d’une chaîne de production des ETR qui soit rentable et acceptable d’un point de vue social et environnemental. Un procédé de flottation a été développé pour produire un concentré en récupérant sélectivement les minéraux d’ETR selon une cinétique d’ordre 1. Des essais réalisés sur du matériel tiré du gisement d’ETR Ashram (bastnaésite et monazite), situé dans le nord du Québec, démontrent qu’à partir d’une teneur d’alimentation de 2,6 % oxydes de terres rares (OTR), un concentré d’ébauchage titrant 13,2 %OTR est produit. La simulation établit que quatre étapes de nettoyage permettraient de produire un concentré composé de 90 % de minéraux d’ETR (> 60 % OTR), avec un rendement ETR global de72 %.Les travaux de doctorat ont ensuite testé une séquence de procédés comprenant la flottation des minéraux d’ETR, suivie d’un traitement caustique (TC) et d’une lixiviation HCl (LHCl) pour produire une solution d’ETR. Les essais hydrométallurgiques, réalisés en laboratoire sur le concentré d’ébauchage produit par flottation, fournissent une alternative à la méthode conventionnelle de cuisson à l’acide sulfurique (CAS).Le concentré de flottation a été soumis à des essais de TC-LHCl et les données récoltées ont été traitées par une méthode de réconciliation des données hydrométallurgiques afin d’améliorer la fiabilité des rendements estimés. En plus de produire des bilans de matière cohérents (entrées =sorties) pour huit éléments de façon simultanée, une analyse de type Monte-Carlo démontre que l’approche permet une réduction des écarts-types des rendements élémentaires en solution par des facteurs entre 3 et 10.La réaction de transformation des minéraux d’ETR en hydroxydes lors du TC peut être modélisée par une cinétique à cœur rétrécissant dont la vitesse est limitée par la diffusion à travers la couche ayant déjà réagi. La fluorite est le minéral le plus problématique lors du procédé de TC-LHCl, en raison de la formation de fluorures d’ETR insolubles. Le rendement lanthane maximal obtenu avec une LHC là un pH de 3 est de 82 %. Des rendements inférieurs sont mesurés pour les autres ETR et l’oxydation partielle du Ce vers l’état tétravalent pose également des problèmes de solubilisation. Enfin, l’analyse économique de scénarios de concentration des minéraux d’ETR démontre qu’un concentré à haute teneur (> 60 % OTR) est souhaitable, malgré les pertes d’ETR encourues. La réduction de coûts, dont ceux pour le HCl requis en pré-lixiviation des carbonates, amène des profits additionnels de 21 M-an pour un projet comme celui du gisement Ashram et justifie la construction d’un circuit de nettoyage par flottation. Les coûts d’opération du procédé de TC-LHCl sont estimés à 820-t de concentré contre 410-t pour l’approche par CAS. Bien que la CAS soit plus attrayante d’un point de vue économique, des considérations environnementales, opérationnelles ainsi que les rendements ETR doivent être inclus lors du choix de l’approche de mise en solution des ETR. Les deux approches produiront un résidu riche en radionucléides dont le Th-232. Ce résidu sera classé comme radioactif et devra être géré de façon à protéger le public, les travailleurs et l’environnement, notamment par l’utilisation d’aires d’entreposage étanches. / Rare earth elements (REE) are important to the development of modern technologies such as wind turbines and electric vehicles. However, their commercial production requires numerous steps ofmineral and hydrometallurgical processing, which are both costly and poorly documented owing inpart to trade secrets. Given that no REE mine or metallurgical complex currently operates in Canada and that the cost to initiate such production is in the order of a billion dollars, establishing reliable performance indicators (recoveries) and robust process models is critical. Furthermore, the REE concentrates produced by mineral processing contain multiple REE minerals and various gangue minerals capable of negatively affecting the hydrometallurgical operations required for REEextraction, an aspect rarely covered in the literature. The analysis of process economics as well as the management of radionuclides, both crucial to the establishment of a viable, sustainable and socially acceptable REE value chain, are also typically absent from papers discussing the extraction and processing of REE.The first objective of this Ph. D. thesis is to test a process sequence including mineral flotation,followed by a caustic treatment (CT) and a HCl leach (HCLL) to produce a REE solution. Laboratory mineral processing and hydrometallurgical tests were conducted on a concentrate generated from Ashram Deposit (northern Quebec) material (bastnaesite and monazite) to identify an alternative tothe conventional acid baking (AB) method.To produce a concentrate for hydrometallurgical testing, the developed flotation process utilizes ahydroxamic acid-based collector and selectively recovers all REE minerals following a first-orderrate. Tests show an increase from 2.6 % rare earth oxides (REO) in the feed to 13.2 % REO in therougher concentrate. According to simulation studies, four cleaner flotation steps would allow the production of a concentrate made up of 90 % REE minerals (> 60 % REO) at a combined recoveryof 70 %.The flotation concentrate was submitted to CT-HCLL tests and the collected data were processed using a hydrometallurgical data reconciliation method to improve the reliability of the yield estimates.In addition to generating coherent (inputs = outputs) mass balances for eight elements simultaneously, Monte-Carlo simulations show a reduction by a factor of 3 to 10 in the standard deviation of the elemental yields in solution The rate of transformation of REE minerals into hydroxides during the CT can be modeled using ashrinking core model, with diffusion through the reacted hydroxide layer being the rate-limiting step. Fluorite is the most problematic mineral during the CT-HCLL process due to its ability to formin soluble REE fluorides. The highest lanthanum yield achieved using an HCLL pH of 3 is 82 %.Other REE present lower yields, with Ce oxidation to the tetravalent state posing solubility issues.Lastly, an economic analysis of various REE mineral upgrading scenarios demonstrates that a highgrade concentrate (> 60 % REO) is desirable for hydrometallurgical processing, despite, the lower REE recovery and output. The reduction of costs such as that of HCl used for carbonate pre-leaching,generates 21 M -y in additional profits for a project such as the Ashram Deposit and justifies the inclusion of a cleaner flotation circuit in a mill design. Operating costs for the CT-HCLL process are estimated at 820-t of concentrate, compared to 410-t for the AB approach. Although AB is more attractive from an economic standpoint, environmental and operational considerations, as well as REE recoveries must be factored in when choosing the REE extraction method. Like other REE projects, both approaches will result in the production of a Th-232 rich product. This residue will be classified as radioactive and, to protect the public, the environment and the REE facility workers, willneed to be managed using dedicated tailings storage facilities which comprise leachate retention and treatment.

La fissuration à chaud est un problème récurrent et critique pouvant mener à des défaillances lorsque les pièces formées sont soumises à diverses sollicitations dans leurs conditions d'utilisation comme dans le secteur automobile. Cette étude permet d'une part de valider la géométrie d'un moule destiné à évaluer la susceptibilité à la fissuration à chaud d'alliages d'aluminium moulés avec cette technique et d'autre part de définir un nouveau critère permettant d'expliquer la cause principale de l'apparition de fissuration à chaud. La fissuration à chaud ne se produit seulement lorsque le semi-solide se situe dans son intervalle de fragilité situé entre la fraction critique de solide et le point de rigidité de l'alliage. Un alliage avec une forte susceptibilité à la fissuration à chaud (Al-1%mCu) a été comparé avec un alliage ayant une plus faible fréquence d'apparition de fissure (Al-5%mCu). L'analyse par éléments finis opérée avec le logiciel ABAQUS/Explicit a permis de montrer que la pression hydrostatique est le facteur permettant d'expliquer l'apparition de fissurations à chaud et lorsqu'elle atteindrait une valeur critique de -0.1 MPa, les porosités prendraient tellement d'expansion qu'elles se propageraient sous la forme d'une fissure dans le semi-solide. La valeur de la pression hydrostatique critique dépend donc de la fraction critique de solide, du taux de refroidissement, de la quantité d'hydrogène dissout dans le liquide, de la microstructure et des contraintes de traction. Cette théorie peut ainsi être généralisée à tous les alliages d'aluminium. / Hot tearing is a critical problem which occurs very often during solidification process and can lead to failure when the part is exposed to different stresses like automotive field. First, the geometry of the mold allowing the hot tearing susceptibility study for aluminium alloys used in High Pressure Vacuum Die Casting technic has been verified. Then, a new criterion is proposed to explain hot tearing arrival and its propagation into the semi-solid. Hot tearing occurs only during a weakness interval of temperature depending on the cooling rate, the microstructure, and the solid fraction of the alloy. An alloy with a high hot tearing sensitivity (Al-1%wtCu) is compared with another alloy with a smaller hot tearing sensitivity (Al-5%wtCu). Finite Element Analysis were performed with the software ABQUS/Explicit to prove that hydrostatic pressure is the criterion allowing to explain hot tearing formation and when the hydrostatic pressure is more negative than the critical value of -0.1MPa, porosities can grow up and propagate it into the semi-solid with the shape of a tear. In this case, the value of the critical hydrostatic pressure depends on the critical solid fraction, the microstructure, the cooling rate, dihydrogen concentration dissolved in the liquid fraction and the tractions stresses. This theory can be applied to all of the aluminium alloys.

Les éléments de terres rares (ETRs) sont aujourd'hui des éléments indispensables dans la lutte aux changements climatiques et la transition énergétique vers des énergies renouvelables. Contrairement à son appellation, cette famille de 17 éléments chimiques incluant les lanthanides, le scandium et l'yttrium, n'est pas rare et est présente à des teneurs variantes entre 0,3 et 27 ppm dans la croûte terrestre. Le Québec est porteur de plusieurs gisements de terres rares dans son sous-sol géologique. Ainsi, plusieurs compagnies minières s'intéressent à exploiter ces gisements. Cependant, il est connu que la présence de lanthanides dans certains minéraux est également liée à celle des actinides via des substitutions à même la maille cristalline. La famille des actinides, étant composés d'éléments dont l'ensemble des configurations nucléaires sont instables, leurs présences engendrent une composante radioactive naturelle à plusieurs sites vecteurs de ETRs. Par la variabilité de composition des minéraux et des matrices composant l'exploitation et le traitement des minerais d'ETRs, il existe des enjeux métrologiques et des lacunes dans les connaissances associées à la radioactivité naturelle présente dans les gisements d'ETRs et les procédés de valorisation. L'objectif de ce projet de recherche est donc de quantifier la radioactivité naturelle tout au long du traitement des ETRs et ce en assurant le suivi des concentrations de 5 radionucléides d'origines naturelles (RONs) clés soit, l'uranium, le thorium, le radium-226, le plomb-210 et le polonium-210. Ces données serviront à mieux comprendre la distribution et le devenir de ces radionucléides. Pour assurer la qualité des données générées, des développements analytiques ont été réalisés pour obtenir un portrait juste et précis de la radioactivité naturelle présente dans le traitement des minerais d'ETRs. / Rare earth elements (REEs) are now indispensable elements in the fight against climate change and the energy transition towards renewable energies. Despite their name, this family of 17 chemical elements, including the lanthanides, scandium, and yttrium, is not rare and is present at concentrations varying between 0.3 and 27 ppm in the Earth's crust. Quebec has several rare earth deposits in its geological subsoil. As a result, several mining companies are interested in exploiting these deposits. However, it is known that the presence of lanthanides in certain minerals is also linked to that of actinides through substitutions within the crystal lattice. The actinide family, consisting of elements with entirely unstable configurations, introduces a natural radioactive component to several REE-bearing sites. Due to the variability in the composition of minerals and the matrices involved in the exploitation and processing of REEs ores, there are metrological challenges and gaps in knowledge related to the natural radioactivity present in REEs deposits and beneficiation processes. The objective of this research project is to quantify the natural radioactivity throughout the REEs processing and to monitor the concentrations of five key naturally occurring radionuclides (NORs): uranium, thorium, radium-226, lead-210, and polonium-210. These data will help better understand the distribution and fate of these radionuclides. To ensure the quality of the generated data, analytical developments have been carried out to obtain an accurate and precise picture of the natural radioactivity present in the processing of REEs ores.