L’exploitation minière d’un gisement contenant des minerais sulfurés peut mener à la production d’effluents acides. En effet, les stériles sulfures exposés aux éléments atmosphériques (air, eau) s’oxydent pour produire de l’acide sulfurique. Ce phénomène se nomme drainage minier acide (DMA). Outre le pH acide, ces effluents sont caractérisés par de fortes teneurs en métaux lourds et peuvent parcourir de grandes distances par la nappe phréatique. Le présent projet de recherche étudie l’utilisation d’une barrière perméable réactive (BPR) pour le traitement du DMA. Cette technique consiste à remplacer une partie du sol ceinturant le site problématique par un matériel ayant des propriétés détoxifiantes. Le matériel réactif évalué est un dérivé de boues rouges d’aluminerie, le BauxsolTM, développé par la compagnie Virotec International inc. La simulation des BPR est réalisée en utilisant cinq colonnes de Plexiglas contenant les mélanges réactifs à tester. L’effluent acide est pompé, selon différents débits, par le bas de la colonne et dix ports d’échantillonnages permettent d’étudier l’évolution des réactions. Les résultats démontrent que cette technique est efficace pour augmenter le pH et enlever les métaux de l’effluent. Ces derniers sont majoritairement adsorbés par les boulettes de BauxsolTM. En plus d’être intéressante économiquement, cette méthode s’inscrit dans un contexte de développement durable en revalorisant un déchet industriel. / Mining of sulphide ores can lead to the formation of acidic effluents. With the contact of air and water, the sulfide phase can be oxidized to produce sulfuric acid. This process is called acid mine drainage (AMD). These effluents are characterized by high concentrations of sulphate and metals, and a pH under 4. This project studies the use of permeable reactive barriers (PRB) to treat AMD. In a PRB, a reactive material is placed in the ground subsurface by excavating the aquifer material. The reactive material studied in these experiments was a pelletized form of alkaline residues from the aluminium extractive industry. The pellets, called BauxsolTM, were provided by Virotec International Inc. Results show that a PRB using BauxsolTM can treat acid mine effluents by removing heavy metals and increasing the pH. Metals are mainly trapped inside the pellets and the carbonates, that give the alkaline properties to BauxsolTM, are in a form that is slowly leachate. Therefore, a PRB using BauxsolTM present a feasible option using an industrial waste to treat another waste.

Ce mémoire étudie l’effet de l’incertitude locale et spatiale sur les réserves du gisement d’or Troilus. Deux méthodes géostatistiques ont été utilisées, soit le krigeage des indicatrices et la simulation séquentielle des indicatrices. En premier lieu, une nouvelle interprétation géologique du gisement a été faite basée sur les trous de forage d’exploration. Pour chaque zone définie, une série de variogrames ont été calculés et un modèle de bloc a été interpolé par krigeage des indicatrices. La calibration de ce modèle a été faite en le comparant au modèle basé sur les trous de forage de production et aux données actuelles de production. L’incertitude reliée à la variabilité de la minéralization a été quantifiée par l’entremise de 25 simulations séquentielles. Une série de fosses optimales basées sur chaque simulation ont été réalisées afin d’analyser l’impact sur la valeur présente nette, le tonnage de minerai et le nombre d’onces d’or contenues. / This thesis examines the effect of local and spatial uncertainty of the mineral reserves estimates for the Troilus gold deposit. Two geostatistical methods have been used: indicator kriging and sequential indicator simulation. A new set of geological envelope has been defined based on the grade distribution of the exploration hole samples. For each zone, composites, statistics and variograms have been calculated based on gold assays coming from exploration holes (DDH) and production blastholes (BH). A recoverable reserve block model based on indicator kriging was created from the exploration holes and a grade control block model was produced from the production blastholes. The recoverable reserve model was calibrated based on the grade control model and the data from the mined out part of the orebody. Uncertainty related to the variability of the mineralization was assessed through 25 conditionally simulated block models. Open pit optimization Whittle software was used as a transfer function to compare each model. Elements such as ore tonnage, grade, ounces contained and discounted value (NPV) have been used to analyse the risk inherent to each model. Finally, reserve estimates within an already established pit design were used as a second method of comparison.

Ce travail porte sur la conception de capteurs de taux de rétention d’air (εg) pour une colonne de flottation de laboratoire. Ces capteurs sont ensuite comparés à diverses méthodes de mesure du taux de rétention d’air existantes dans le but de la conduite automatisée d’une colonne de flottation de 2 ¼’’ de diamètre et de 7 mètres de hauteur. Afin de valider ces capteurs, les variables suivantes ont été manipulées : la conductivité de la phase liquide, le débit d’air, le pourcentage solide et le dosage du moussant. Deux méthodes ont été implantées : celle dite de “l’addition de standard’’ modifiée et celle qui est une modification de la méthode de la cellule siphon (McGill). Ces méthodes ont été validées en comparant leurs résultats avec ceux obtenues par l’isolement d’une section de colonne. La cellule siphon modifiée donne de bons résultats sur une large plage de taux de rétention d’air (TRA). La calibration plus ardue de la méthode d’addition de standard modifiée rend la mesure du taux de rétention d’air moins juste. En général, une fraction volumique élevée de standard (~60%) donne de meilleurs résultats, particulièrement lorsque εg ≤ 10%. Une valeur plus élevée de TRA provoque trop de turbulence. Lors des tests, il s’est avéré impossible d’obtenir de bons résultats avec la méthode conventionnelle d’addition de standard (εstd = 45%) car le capteur montre peu de sensibilité aux changement de conductivité. Ce mémoire se veut aussi un résumé de ce qui a été fait à propos de la mesure du taux surfacique de bulle (Sb), de la mesure du diamètre des bulles (db) par l’entremise d’un capteur en continu (bubble viewer) et du drift flux analysis. Un prototype du bubble viewer de McGill adaptée à la colonne de laboratoire a aussi été proposé. / This work presents the design of different gas hold-up (εg) sensors with a laboratory flotation column. These sensors are compared to existing gas hold-up measurement methodologies for the automatic control of a flotation column with an internal diameter of 2 1/4” and a 7 meters length. For the purpose of design validation, the following parameters were tested: liquid conductivity, air flow, percent solids and frother addition. Two methods were tested: the modified standard addition and the modified syphon cell (McGill). These methods were validated with the isolation of a column section. The modified syphon cell gives good results on a large range of gas hold-ups. The problematic calibration of the modified standard addition method results in a less accurate hold-up measurement. In general, a combination of high volumetric fraction of standard (~60%) with a low gas hold-up give good results. An elevated high gas hold-up causes turbulence in the sensor. The standard addition standard method (εstd = 45%) gave unreliable results due to a lack of sensitivity to conductivity changes. A summary of the research relating to the surface bubble area flux and the bubble diameter is also presented in this master thesis. A bubble viewer prototype for a column flotation was designed based on the McGill bubble viewer. / Este trabajo presenta el diseño de diferentes sensores de hold-up de gas (εg) para una columna de flotación de laboratorio. Estos sensores fueron comparados con métodos de medición existentes para el control automático de una columna de flotación de 2 ¼” de diámetro interno y 7 metros de largo. Para la validación del diseño, se analizaron los siguientes parámetros: conductividad del líquido, flujo de aire, porcentaje de sólidos y adición de espumante. Dos métodos fueron estudiados: adición modificada de standard y la celda sifón modificada (McGill). Estos métodos fueron validados mediante el aislamiento de una sección de la columna. La celda sifón modificada da buenos resultados en un amplio rango de hold-up de gas. La difícil calibración del método de adición standard modificado genera mediciones de hold-up de gas menos precisas. En general, la combinación de una alta fracción volumétrica de standard (~60%) con un bajo hold-up de gas da buenos resultados. Un elevado hold-up de gas causa turbulencia en el sensor. El método de adición de standard (εstd = 5%) dió resultados no confiables debido a la falta de sensibilidad a cambios de conductividad Un resumen de la investigación sobre la tasa de superficie de burbujas y el diámetro de burbuja es también presentado en esta memora. Un prototipo de visor de burbuja para una columna de flotación fue diseñado basado en el visor de burbujas de McGill.

L’objectif de la présente thèse a été de développer des procédés de modification de surface de polymères par plasma à la pression atmosphérique pour la fonctionnalisation de surface en groupements amine (NH2) visant des applications dans le domaine biomédical. Le procédé à la pression atmosphérique vise à éliminer la nécessité d'un système à vide et ainsi développer une technique aussi performante et peu coûteuse pour s'approcher d'un procédé industriel. Le mode de génération du plasma choisi est une décharge contrôlée par barrière diélectrique (DBD). Deux stratégies de modification de surface ont été investiguées : l’amination de surface et le dépôt de couches minces fonctionnalisées. Les deux types de modifications de surface induites ont été caractérisés par Spectroscopie de Photoélectrons induits par Rayons-X (XPS), Spectrométrie de Masse d’Ions Secondaires par Temps de Vol (ToF SIMS), spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR), Angle de Contact (CA), Microscopie à Force Atomique (AFM) et Microscopie Électronique à Balayage (MEB). Pour l’amination de surface, les résultats ont démontré l’importance de H2 et de ses espèces dérivées dans la fonctionnalisation de groupements amine sur la surface de polymère dans une DBD à la pression atmosphérique de N2-H2. De plus, les connaissances obtenues permettent d’envisager le contrôle et l’optimisation de la concentration et la spécificité de la modification de surface pour les groupements amine greffés en surface des polymères. Les couches minces fonctionnalisées obtenues en atmosphère de N2-C2H4 présentent une concentration en azote variable en fonction du ratio gaz réactif/gaz vecteur (C2H4/N2) tout en ayant une concentration d’amines constante. Les coefficients de collage et/ou la mobilité des différentes espèces présentes en fonction du temps de résidence dans la décharge mènent à différentes morphologies. L’ajout d’H2 dans la décharge conduit à la formation de nanoparticules et de nouvelles structures, appelées « nanobâtonnets », qui présentent des dimensions anisotropiques importantes (100-200 nm de diamètre pour 1-10 m de long). Finalement, la fonctionnalisation de surface obtenue avec une DBD à pression atmosphérique est une méthode efficace, peu coûteuse pour la création de modification de surface uniforme de groupements amine qui peuvent subséquemment être utilisés pour greffer diverses fonctionnalités chimiques utiles pour diverses applications. / The objective of this thesis was to develop surface modification processes using atmospheric pressure plasma for the surface functionalization of polymers with amino groups (NH2) for biomedical applications. Developing a process working at atmospheric pressure aims to eliminate the need for a pumping system, thus obtaining a technology that would be efficient and low cost for an industrial process. The plasma generation mode chosen was a dielectric barrier discharge (DBD). Two surface modification strategies were investigated: Surface plasma amination and plasma thin film deposition. The two different types of surface modifications were characterized by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF SIMS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Contact Angle goniometry (CA), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). On one hand, surface plasma amination, results demonstrate the importance of H2 and its derived species for amino groups functionalization on the surface of polymers in an atmospheric pressure DBD in N2-H2. Moreover, the obtained knowledge allows now the possibility to control and optimize the surface density and surface modification specificity for amino groups. On the other hand, the functionalized thin films obtained in an atmosphere of N2-C2H4 reveals a highly variable nitrogen concentration as a function of the reactive gas/carrier gas (C2H4/N2) while the surface density in amino groups is constant. Sticking coefficients and/or surface mobility of the different species created as a function of time residence in the discharge lead to different coating morphologies. The addition of H2 in the discharge leads to the formation of nanoparticles and new structures, named “nanorods” that present anisotropic dimensions (100-200 nm in diameter for 1-10 m in length). Finally, atmospheric pressure DBD surface functionalization is an efficient and low cost technique for the creation of uniform surface modification with amino groups that can be later used to covalently graft various chemicals functionalities; chemical functionalities that can be used for various applications.

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L’ingénierie tissulaire est une approche qui vise à combler le besoin de remplacements d’organes. Ceci est d’autant plus vrai pour les artères, dont le besoin de remplacements résulte en partie de la prévalence des maladies cardiovasculaires dans le monde industrialisé. Pour ce faire, nous croyons qu’une des alternatives les plus prometteuse implique l’utilisation d’une structure permettant l’échafaudage tridimensionnel de cellules lors de la régénération. Le collagène possède plusieurs caractéristiques qui font en sorte qu’il peut être un matériau convenable à la fabrication de cette structure. Au cours de ce projet, un procédé d’extraction et de mise en solution de collagène type I à partir de queues de rat a été choisi et validé. Ce collagène a été caractérisé par rapport à ses propriétés moléculaires et ses performances mécaniques, biologiques et hématologiques. Suivant cette validation, une méthode pour produire des gels en forme de disques et de tubes ensemencés de cellules vasculaires a été élaborée. Ces structures ont été caractérisées quant à la viabilité des cellules dans le gel, la capacité des gels à être manipulés ainsi qu‘à leurs propriétés hématologiques, en milieu humide. Ce projet constitue une base pour des recherches futures visant à améliorer la fonctionnalité et les propriétés structurales des artères régénérées à base de collagène. / Tissue engineering provides insight into solving the organ shortage. This is especially the case for small diameter vascular substitutes, with which a shortage is due in part to the prevalence of cardiovascular disease in the industrialized world. For this, in our opinion, one of the most appropriate approaches involves using a structure to guide the cells during the regeneration phase. Collagen has many characteristics that make it suitable as a scaffold material for vascular tissue engineering. Two slightly different methods for extracting and processing collagen type I from rat tail were compared with respect to the molecular structure of the collagen molecule, the mechanical properties of thin films obtained from solvent evaporation and preliminary cellular viability with fibroblasts seeded on these same collagen films. One of the above methods was chosen and this collagen was then characterized with respect to cellular viability with smooth muscle cells and endothelial cells and also with blood contact assays. A method for producing three-dimensional gels seeded with vascular cells was developed. Cell distribution and viability, preliminary compliance testing and blood contact assays were performed on these gels. This project has provided the basis for further studies in order to maximize cell functionality and the structural properties required for implantation of collagen-gel-based vascular grafts.

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En service, où les conditions climatiques varient, les aéronefs sont constamment sollicités par des chargements dynamiques qui sont susceptibles d’endommager la structure par la propagation de fissures de fatigue. Aussi, à l’heure où l’allégement des structures aéronautiques constitue un défi environnemental et économique majeur que les manufacturiers des aéronefs sont tenus de relever, l’utilisation d’un alliage léger et ayant des propriétés mécaniques attrayantes est envisagée pour répondre à cette problématique. Parmi ces alliages, l’alliage d’aluminium lithium 2099-T83 a été sélectionné pour être utilisé dans la dernière génération des aéronefs. L’objectif global de ce travail de thèse était d’étudier le comportement en fissuration par fatigue de l’alliage d’aluminium-lithium 2099-T83, en tenant compte de l’historique de la mise en forme du matériau qui est fonction du facteur de forme (AR : extrusion aspect ratio en anglais). Dans cette optique, deux profilés ont été investigués (un panneau à raidisseur intégral et un profilé cylindrique), desquels les paramètres métallurgiques (la microstructure : la structure des grains, les particules de seconde phase/précipités et la texture cristallographique) de l’alliage ont d’abord été analysés. Dans le panneau à raidisseur intégral, des essais de fissuration par fatigue ont été conduits dans différents environnements [23°C avec ~ 50% d’humidité relative (HR) et PH20 = 1.5 kPa ; 23°C avec ~0% HR et PH20 = 6.3 Pa puis -30°C avec ~18% HR et PH20 = 8.7 Pa]. Les résultats de cette étude montrent que les vitesses de fissuration par fatigue (da/dN) corrèlent avec le rapport de forme (AR) ; c'est-à-dire que les da/dN diminuent lorsque AR tend vers 1, et ce, indépendamment de la température des essais. Aussi, la résistance à la fissuration augmente à mesure que la température diminue. L’effet de la température sur les vitesses de propagation de fissures de fatigue (da/dN) a été attribué à celui de l’environnement via la variation de la pression de vapeur d’eau. Toutefois, en comparant les vitesses de fissuration générées à 23°C (0% HR et PH2O ~ 6.3 Pa) à celles obtenues à -30°C (18% HR et PH2O ~ 8.7 Pa), nous avons estimé qu’il reste probablement un effet résiduel de la température, puisque les da/dN dans le premier environnement sont légèrement supérieures à celles dans le dernier environnement. Nous avons aussi trouvé que l’effet de la température varie en fonction de AR. Plus AR est grand, moins les surfaces de rupture sont rugueuses et plus elles favorisent la migration de l’hydrogène contenue dans la vapeur d’eau en pointe de fissure. Dans le profilé cylindrique, seuls les essais à température ambiante (23°C et ~50% HR) ont été effectués suivant les orientations LR (longitudinale) et CR (transversale) des spécimens, et les résultats obtenus indiquent une anisotropie des vitesses de propagation de fissures. Celles-ci sont plus faibles dans le sens LR que dans le sens CR. De plus, la morphologie des surfaces de rupture varie également avec l’orientation du plan de fissuration. Le mécanisme de fissuration qui a lieu est celui associé au changement du mode de propagation de fissures qui passe du mode de propagation intergranulaire dans l'orientation CR au mode de propagation transgranulaire dans l'orientation LR. En définitive, le comportement en fissuration par fatigue de l’alliage étudié est contrôlé par la structure de grains et la texture cristallographique, deux principaux paramètres qui sont influencés par AR. / In service where climatic conditions vary, aircraft are constantly confronted to fluctuating loads that could damage the structure by fatigue crack growth (FCG). Also, as the weight savings of aircraft structures become a major environmental an economic challenge that aircraft manufacturers are required to meet, the use of light alloy combined with superior mechanical properties is required to meet this problematic. Among these alloys, the 2099-T83 aluminum lithium alloy was selected for use in the latest generation of aircrafts. The overall objective of this thesis was to study the fatigue crack growth (FCG) behavior of aluminum- lithium 2099 - T83, taking into account the material processing history that depends on the extrusion aspect ratio (AR). In this regard, two profiles were investigated (an integrally stiffened panel and a cylindrical profile) from which metallurgical parameters (microstructure: the grain structure, the second phase particles/precipitates and crystallographic texture) of the alloy were first analyzed. In the integrally stiffened panel, fatigue crack growth tests were conducted in different environments [23°C with ~ 50% relative humidity (RH) and PH20 = 1.5 kPa; 23°C with ~ 0% RH and PH20 = 6.3 Pa and then -30°C ~ 18% RH and PH20 = 8.7 Pa]. The results of this study show that FCG rates (da/dN) correlate with the local extrusion aspect ratio (AR), as a result of the combined effects of both the grain structure and the crystallographic texture, regardless of the test temperature. The resistance to FCG increased with decreasing temperature, this effect being attributed to a decrease in humidity content in the studied temperature range. However, comparing the FCG rates generated at 23°C (0% RH and PH2O ~ 6.3 Pa) to those obtained at -30°C (18% RH and PH2O ~ 8.7 Pa), we believe that a residual effect of the temperature is still present, since the da /dN in the first environment are slightly higher than those in the latter environment. We also found that the effect of the temperature varies as a function of AR. The higher is AR, the less the fracture surfaces are rough and the easier they promote the migration of hydrogen contained in water vapor at the crack tip. In the cylindrical profile, only the tests at room temperature (~ 23°C and 50% RH) were performed in the LR (longitudinal) and CR (transverse) oriented specimens, and the results indicate an anisotropy of the FCG rates. These are lower in the LR direction in than in the CR direction. Furthermore, the morphology of the fracture surfaces also varies with the orientation of the plane of cracking. The fatigue crack growth mechanism that takes place is that associated with the change in crack propagation mode. Fatigue cracking mode was found to be intergranular in the CR orientation while the transgranular mode was observed in the LR orientation. Finaly, the fatigue cracking behavior of the studied alloy is controlled by the grain structure and crystallographic texture, two main parameters that are influenced by AR.

Depuis les années 1970, les oxydes mixtes de type hexaaluminate suscitent un intérêt certain pour les réactions catalytiques du fait de leur stabilité thermique élevée, leur conférant un fort potentiel pour les réactions se déroulant à haute température. Cependant, la majorité des procédés de synthèse adoptés pour la préparation de ces derniers nécessite au moins une étape de traitement thermique à haute température afin d’achever le processus de cristallisation. Ainsi, les hexaaluminates préparées par voie chimique classique présentent des tailles de particule larges et des aires spécifiques réduites (<20 m2 g-1). Dans le cadre de ce travail, l’optimisation des paramètres et des conditions de synthèse pour la préparation d’hexaaluminates nanocristallines de grande aires spécifiques a fait l’objet d’une étude détaillée. Le broyage réactif s’est révélé être une méthode de synthèse efficace, et des aires spécifiques très élevées ont été obtenues (> 70 m2 g-1). Il a été observé que la nature et la concentration du métal de transition inséré dans la structure influence fortement les propriétés redox et la mobilité d’oxygène de ces solides. Cependant, pour une même composition chimique, les propriétés redox et la mobilité de l’oxygène sont conditionnées par les propriétés structurales et texturales. L’étude des propriétés catalytiques des hexaaluminates en oxydation de CH4 et de CO a montré que l’activité de ces derniers résulte d’un équilibre complexe entre les propriétés texturales et structurales, l’état de la surface (nature et concentration des sites redox), et les propriétés de réductibilité et de mobilité d’oxygène. / Since the beginning of the 1970’s, hexaaluminate mixed oxides were proposed as efficient materials for catalytic reactions at high temperature, e.g. catalytic combustion. Their abilities to maintain phase stability and high surface area are considered as great properties. Unfortunately, most of the reported chemical synthesis methods for hexaaluminate preparation involve at least one calcinations step at high temperature (> 1100°C) to crystallize the desired pure phase, which leads to crystal growth and unavoidable surface reduction. The catalytic performances of hexaaluminate materials depend essentially to the structural and textural properties i.e. surface area, crystal size, and phase purity. Thus, the first part of this study was dedicated to the study of an original synthesis route, the "Activated Reactive Synthesis" process that is evidenced as a promising top down approach to generate nanostructured hexaaluminate with high surface area. Values of surface areas obtained were largely higher (>77 m2 g-1) to those reported for hexaaluminates prepared by conventional routes (~ 20 m2 g-1). The nature of the transition metal, Mn+, inserted in the hexaaluminate structure, and its concentration, play a key role on the redox behaviours and the oxygen transfer properties. Nevertheless, for a same chemical composition, the redox properties and oxygen mobility were found to be dependent to the structural and textural properties. Activities of hexaaluminate materials in CO and CH4 oxidation reactions are reported to depend on a complex balance between structural and textural properties, surface state, reducibility, and oxygen mobility in the bulk.