Ce travail cherche à étudier la microstructure, les propriétés mécaniques et tribologiques de deux types de WC-Co déposés sur un acier SAE 1045. Les caractérisations microstructurale et mécanique ont été menées pour relier la morphologie, la rugosité, la dureté, la ténacité à la rupture et les contraintes résiduelles aux performances tribologiques. Des essais d'indentation conventionnelle et instrumentée sont réalisés pour déterminer la dureté et le module d'élasticité. La diffraction X a été utilisée pour déterminer les contraintes résiduelles en surface et la technique du trou incrémentaI pour leur répartition dans l'épaisseur. Les résultats indiquent des contraintes résiduelles plutôt de compression à la surface et la technique du trou révèle que la répartition des contraintes n'est pas uniforme dans l'épaisseur. Le revêtement WC-10Co-4Cr a des contraintes résiduelles de compression alors que, dans le revêtement WC-12Co, elles sont de traction. Des essais d'érosion à sec ont été menés selon la norme ASTM G-76 et avec des angles d'attaque de 30 et 90°. Nous avons trouvé que le taux d'érosion est plus élevé lorsque l'angle d'impact est de 90°. Une combinaison des types d'usure, fragile et ductile, a été observée. Les résultats indiquent que pour le matériau massif de WC-Co, plus le libre parcours moyen d'agglomérat est faible plus le taux d'usure est faible. De plus, il a été déterminé que le revêtement WC-10Co-4Cr présente une résistance à l'usure élevée due à la faible quantité de phase fragile présente W2C et des valeurs de contraintes résiduelles de compression élevées comparativement au revêtement WC-12Co. / The present investigation is conducted to determine the microstructural, mechanical and tribological features of two different WC-Co systems deposited onto SAE 1045 steel. Microstructural and mechanical characterization was carried out in order to relate their morphology, roughness, hardness, fracture toughness and residual stresses to their tribological performance. Both conventional and instrumented indentation tests were also carried to measure hardness and elastic modulus. X-ray diffraction techniques were used to determine the surface residual stresses and the incremental hole drilling technique for their repartition through the thickness. The results indicate that both the bulk samples and the coatings exhibit compressive residual stresses on the surface and the hole-drilling technique indicates that the profile is not uniform. The WC-10Co-4Cr coatings displays compressive residual stresses, whereas the WC-12Co coating presents tensile residual stresses. Dry erosion tests according to the ASTM G-76 standard were carried out at 30° and 90° angle of impingement. The erosion rate for both coated systems was higher when the erosion test was carried out at an angle of 90°, and a combination between brittle and ductile wear type mechanisms was observed. The results also indicate that the bulk WC-Co materials with lower the mean free path of binder exhibited the lower mean rate erosion wear. Also, it was determined that the WC-10Co-4Cr coating presented a highest erosive wear resistance as consequence of both a smaller W2C brittle phase content and a higher through-thickness residual compressive stresses values, when compared to the WC-12Co coating.

L’expansion actuelle du secteur de la haute vitesse ferroviaire vers des vitesses d’exploitation et chargements plus importants conduit à la nécessité d’améliorer les systèmes de freinage garantissant leurs performances malgré l’énergie supplémentaire à dissiper.La méthodologie actuelle de développement de ces matériaux étant principalement basée sur un retour d’expérience essai/erreur, l’objectif vise donc à développer une méthodologie alternative incorporant des modèles théoriques et numériques pour la conception de matériaux de friction. Cependant, les difficultés s’avèrent multiples avec des interactions complexes entre les aspects tribologiques, thermiques, mécaniques, et physico-chimiques, mais également entre les différentes échelles allant de la surface au système. Ce travail se concentre donc sur les aspects thermomécaniques dans le but de développer un modèle numérique prédictif intégrant une évolution du matériau pouvant affecter les performances de freinage. Dans un premier temps, une méthodologie originale est développée pour caractériser le matériau de friction soumis à des sollicitations réalistes et permettant d’identifier le comportement du matériau. La caractérisation fut réalisée pour différents historiques de freinage. Des modèles de comportement thermo-élasto-plastique ont été ainsi établis. La deuxième étape de ce travail porte sur le développement d’un modèle d’éléments finis de freinage intégrant les comportements matériaux précédemment identifiés ainsi que leur évolution avec l’historique de chargement. Les résultats illustrent l’impact de l’évolution du matériau de friction sur les performances de freinage. / The railway high speed sector is currently expanding with an increase of the maximum operating speed and load leading to the necessity of improving the capacity of the disc braking to ensure performances despite the additional energy to dissipate. The current methodology used for the development of these material is based on trial-error experimental feedback. The goal is to develop alternative methodologies, with theoretical and numerical models for designing these components. Difficulties are the complex interactions between tribological, thermal, mechanical, chemical effects and interactions between scales from the surface to the system. This work is focused on the thermomechanical aspects with the challenge of developing a realistic numerical model and considering the material evolution assuming that this evolution affects the braking performances. In the first step, an original methodology has been developed to characterize the friction material submitted to realistic solicitations and allowing identifying bulk material behavior. Characterization has been done for different braking loading histories. Corresponding thermo-elastic-plastic behavior models have been proposed. The second step of this work is the development of a finite element model of the brake system, including the sintered material models previously identified and the evolution with loading history. The numerical results illustrate the impact of the friction material evolution regarding the braking performances. They are also compared to experimental tests carried out on a real scale braking bench.

Résumé confidentiel / Confidential summary

Aucun résumé disponible ______________________________________________________________________________

Le charançon de la prune, Conotrachelus nenuphar, est un des plus importants insectes ravageurs des cultures fruitières à noyaux et à pépins du nord-est de l'Amérique du Nord. Dans les vergers de pommiers québécois non traités, il peut engendrer des dommages à plus de 85 % des fruits à la récolte. De nombreux pièges ont été développés en vue de dépister le charançon de la prune et de réduire le nombre d'épandages préventifs de pesticides actuellement utilisés pour sa répression. Parmi les pièges actuellement en développement, le piège pyramidal en bois performe généralement mieux que les autres pièges, mais, il ne s'est pas encore révélé suffisamment efficace et fiable en vergers de pommiers pour que son utilisation soit recommandée à l'échelle commerciale. La première partie de cette étude (2004-2005) consistait à déterminer si certains matériaux constituant le piège pyramidal pourraient influencer l'efficacité de capture du piège. Des modèles réduits de ce piège ont été construits en bois (standard), en géotextile, en moustiquaire et en plastique et ont ensuite été testés en conditions contrôlées, dans le but de déterminer l'impact des facteurs abiotiques (période de la journée, température, ventilation et précipitations) sur les captures. Le piège pyramidal en géotextile a capturé plus d'individus (46 % des 1680 charançons) que les autres matériaux (bois: 36 %, moustiquaire: 37 %, plastique: 37 %) en conditions nocturnes. On a également observé une augmentation significative des captures de charançons lorsque la température augmentait (15, 20 et 25 °C). Ces résultats suggèrent que le géotextile peut être une alternative au bois pour l'amélioration des performances du piège. La seconde partie de cette étude (2005-2006) avait pour objectifs de comparer les captures, obtenues en vergers, du piège pyramidal miniature avec celles du piège de taille standard ainsi que d'établir une relation mathématique entre le nombre de captures et le nombre de dégâts obtenus en vergers. Un dispositif pairé (un piège standard et un piège miniature) a été utilisé autour de 15 pommiers durant 8 semaines en 2005 et 10 semaines en 2006, et les captures relevés deux fois par semaine. En 2005, le piège miniature a connu deux pics de captures (le 1er pic les 27 et 30 mai : 108 captures, 2e pic les 7 et 10 juin: 51 captures). Concernant l'effet de la taille des pièges, le piège de taille standard a capturé significativement plus d'individus pendant la floraison, mais le piège miniature a significativement mieux performé après la floraison. Une relation positive entre le nombre de captures (obtenues durant et après la floraison) et le nombre de dégâts observés (5 juillet) a également été établie pour le piège de taille standard et la version miniature. En 2006, le piège miniature a connu un seul pic important (les 5 et 8 mai: 33 captures). Le piège de taille standard a capturé significativement plus d'adultes que la version miniature durant la période précédant la floraison. Aucune corrélation n'a pu être établie entre les captures et les dégâts pour cette période. Les analyses de régression démontrent que pour des relations captures-dégâts en vergers, le piège de grande taille et le piège de petite taille ont des performances similaires. Toutefois, le piège de petite taille pourrait être plus avantageux car il est plus léger, plus facile à manipuler et moins coûteux à produire. Il semble possible d'établir une relation captures-dégâts lorsque les populations de charançons sont très importantes et qu'aucun ou peu de traitements visant ce ravageur aient été effectués. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Charançon de la prune, Dépistage, Pièges pyramidaux, Matériaux, Facteurs abiotiques.

II existe de nombreux cours et ateliers d'art destinés à une clientèle adulte, mais malheureusement plusieurs d'entre eux privilégient la copie et l'utilisation de recettes. Cette recherche vise à encourager le milieu de l'enseignement des arts aux adultes non professionnels à offrir des outils inspirants axés sur les besoins de ces étudiants et correspondant davantage aux critères du monde des arts d'aujourd'hui. Elle tente de répondre à la question suivante : quelles stratégies pédagogiques sont susceptibles d'amener les adultes novices à créer des œuvres sensibles, authentiques et inspirées? Afin d'obtenir une réponse satisfaisante à cette question, il nous a semblé pertinent d'élaborer une approche qui tient compte des spécificités de ces étudiants. Cette approche a été modélisée suivant les principes du développement d'objet tels que proposés par Van Der Maren (1996). Sa mise à l'essai a été effectuée dans le cadre d'un cours donné à un groupe d'adultes novices à l'automne 2008. Elle s'appuyait sur un élément souvent présent dans notre propre démarche artistique soit l'inspiration à partir de l'exploration des diverses propriétés des matériaux. Plusieurs sujets ont été abordés dans ce travail dont les obstacles susceptibles de freiner les adultes novices dans leurs élans créateurs et les modèles en enseignement des arts les ayant potentiellement influencés antérieurement. Il a aussi été question du processus de création et du phénomène de l'inspiration, plus particulièrement de l'inspiration à partir du travail de la matière. Suite à cette recherche, nous pouvons conclure qu'il est possible d'inviter les adultes novices à réaliser des travaux personnels en leur offrant une approche misant sur l'exploration sensible et l'appropriation de techniques et de matériaux. Ces éléments ne peuvent cependant pas être considérés comme l'unique source d'inspiration si bien qu' il est important de miser sur la présence de plusieurs autres incitatifs, tels le journal de traces, le temps d'échanges ou la réalisation d'exercices préliminaires, qui agissent de façon complémentaire. La réussite de ce genre d'approche dépend aussi de la capacité des étudiants à bien accueillir les idées nées du hasard, des erreurs et des propositions de toutes sortes. Une certaine disponibilité, tant mentale que physique, est donc nécessaire à la réalisation d'œuvres qui résultent des sensations éprouvées lors de la manipulation des matériaux et des émotions du moment. Cette disponibilité peut être favorisée par un lieu de travail adéquat, par une dynamique de groupe conviviale et par l'acquisition de techniques de base solides pouvant éventuellement aider les adultes novices à matérialiser leurs idées sans entraves. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : adultes novices, enseignement des arts, matière, techniques, processus de création, sensible, blocage.

Il a été démontré auparavant qu'il est possible d'incorporer quelques monomères polaires tels que les acrylates à même la chaîne de polyéthylène à l'aide d'un système catalytique en utilisant des complexes neutres de palladium de type Pd[P^O]MeL ayant un ligand phosphine sulfonate bidentate et un groupement labile (pyridine, lutidine). Cependant, ce système n'a jamais été exploité afin de fabriquer des matériaux fonctionnels à base de polyoléfines pour des applications ciblées. Il est présenté ici une série de polyoléfines fonctionnelles ayant été fabriquées avec ce système catalytique. Le premier objectif de cette thèse est d'étudier la stéréochimie de l'étape d'insertion lors de la polymérisation des monomères de type allyle et acrylate. Pour cela, il a été préparé des cyclopolymères obtenus par copolymérisation de l'éthylène et de l'acrylate d'allyle. La structure du copolymère qui en résulte, analysée par FTIR et RMN 1D et 2D, contient deux types de lactones, la δ-valerolactone et la γ-butyrolactone. Ces cycles apportent la preuve de l'insertion préférentielle 2,1 de l'acrylate et 1,2 de l'allyle. Le second objectif de cette thèse vise la préparation de polyoléfines fonctionnelles sans faire intervenir une étape de greffage postpolymérisation. Ainsi, pour la première fois, une série de polymères portant des fonctions acides carboxylique ou anhydride a été élaborée par la copolymérisation directe de l'éthylène avec l'acide acrylique, l'anhydride carbique ou l'anhydride maléique. L'acide acrylique a été incorporé dans la chaîne dans une proportion variant entre 1,5 et 6 % molaire, l'anhydride carbique dans une proportion variant entre 7 et 11 % molaire, et l'anhydride maléique entre 2 et 9 % molaire. Le troisième objectif de cette thèse vise la préparation d'un polyéthylène réticulable de manière réversible et ayant une cristallinité modulable. Pour la première fois, l'éthylène a été copolymérisé avec un monomère acrylamide spécifique portant une fonction cétone. Une fois le polymère isolé, la fonction cétone a été réticulée à l'aide de l'hydrazine pour former une hydrazone. Ce procédé innovateur a pour avantage de pouvoir réticuler le polymère à basse température et sans affecter la cristallinité du polymère. De plus, il est réversible, les hydrazones pouvant être clivées par l'action de l'ozone. Une fois réticulé, le polymère peut être fondu et se trouver piégé dans un état amorphe et insoluble. Cette étude démontre que la cristallinité du polyéthylène peut être alternativement activée ou éliminée par l'action d'un stimulus chimique externe. Enfin, le dernier aspect de cette thèse illustre l'utilisation de polyéthylène fonctionnalisé pour la réalisation d'une membrane de pile à combustible. Dans cette étude, des films constitués de terpolymères d'éthylène, de norbornène et d'exo-norbornène-méthyle acide sulfonique ont été synthétisés et caractérisés. Pour cela, une méthode douce de sulfonation ne requérant aucun solvant toxique ou corrosif a été mise au point. Les terpolymères ayant des taux d'insertion entre 15 et 22 % molaire d'exo-norbornène-méthyle acide sulfonique ont pu être utilisés pour fabriquer des films de 70-100 µm d'épaisseur. Le film contenant 22 % molaire en acide sulfonique a une conductivité protonique longitudinale à 25 °C de 2,0 mS/cm. Avec une cellule transversale de mesure de conductivité, il a été possible de dresser une courbe d'Arrhénius et de calculer ainsi une énergie d'activation pour la conduction protonique de 0,14 eV. Cette valeur indique que la conduction des protons se produit dans une phase de canaux sulfoniques hydratés séparée de la phase polyoléfinique hydrophobe. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : polyoléfines, catalyse, matériaux fonctionnels, monomère polaire

Ce travail de thèse porte sur la caractérisation d'un matériau composite polyacide lactique-bioverre pour application comme dispositif de réparation osseuse. Le bioverre étant trop fragile pour être utilisé seul comme dispositif de réparation osseuse, celui-ci est associé à une matrice polymère résorbable permettant d'apporter le caractère bioactif à des matériaux pouvant être mis en forme par des procédés de plasturgie. Le matériau composite polyacide lactique-bioverre est ainsi mis en forme par injection à partir de granules élaborés par voie solvant. La caractérisation des propriétés de ce matériau composite a révélé une augmentation du module élastique avec l'ajout de charges, mais une diminution des contraintes maximales admissibles et de la déformation à la rupture. Les modifications des propriétés mécaniques ont été associées à une modification des propriétés de la matrice et notamment de sa masse moléculaire. Un autre mode d'élaboration par pressage à chaud a permis de limiter la dégradation du polymère. Une meilleure maitrise de la masse moléculaire du composite serait ainsi un moyen de contrôler sa cinétique de dégradation in vivo et ainsi d'adapter ses propriétés en fonction du cahier des charges des applications visées. Dans une seconde partie, l'effet du taux de bioverre sur le caractère bioactif du composite a été évalué par immersion dans un fluide biologique de composites chargés à 20, 30 et 50% (en masse de bioverre). Un scénario de cristallisation à la surface des différents composites a ainsi été proposé. Tous les composites se sont révélés bioactifs et d'autant plus que le taux de bioverre est élevé. Le composite chargé à 50% apparait ainsi comme le matériau le plus bioactif, mais sa vitesse de dégradation est très rapide. Ce matériau étant destiné à être implanté, une étude de biocompatibilité in vitro a été menée par culture de cellules ostéoblastiques à la surface des matériaux. Enfin la biocompatibilité du composite in vivo, son caractère biorésorbable et ostéoconducteur ont été évalués par implantation du matériau composite dans les tissus musculaires et osseux de lapins. Le caractère biocompatible, bioactif et ostéoconducteur du composite chargé à 30% en masse de bioverre en fait un candidat de choix pour les applications proposées.

Les tesselles à feuille métallique et les lustres à reflets "dorés" (au sens de l'aspect coloré et métallique) sont deux procédés de décoration datant de l'Antiquité. Aujourd'hui, ces deux types de produits connaissent un net regain d'intérêt et les tentatives de reproduction sont très nombreuses. L'objectif de ce travail de thèse est d'abord d'analyser les caractéristiques physico-chimiques de la couche micrométrique "dorée" ainsi que celles du système couche/matières vitreuses obtenu. Une étude est également menée en modélisation numérique, sur l'apparition des défauts engendrés lors de la mise en forme de la tesselle (porosités, cavités "allongées" dans les plans des interfaces et affleurement de la feuille métallique à l'air libre). Ces défauts mettent en péril l'intégrité du produit à long terme. Ce travail fait appel à des domaines d'investigations très diversifiés de la science des matériaux: analyses physico-chimique de couches minces métalliques en milieux isolants (PIXE, RBS, MET, MEB...), rhéologie de systèmes composites, simulation numérique du comportement de tels systèmes (Forge2), propriétés spectro-photo-colorimétriques de surfaces.

Afin de limiter les conséquences d'un accident grave avec la fusion du cœur dans un réacteur à neutrons rapides de génération IV refroidi au sodium, la recriticité doit être évitée au sein du mélange de combustible oxyde et de structures fondus, appelé corium. Pour cela, des matériaux absorbants, tels que le carbure de bore B4C, seront utilisés dans ou près du cœur, et des matériaux diluants dans le récupérateur de corium. L'objectif de ce travail est de présélectionner des matériaux parmi ces deux types de familles et de comprendre leur comportement au contact avec le corium. Concernant le B4C, des calculs thermodynamiques et des expériences ont permis de conclure à la formation de deux phases immiscibles dans le système UO2 - B4C à haute température, une oxyde et une borure, ainsi qu'à la volatilisation d'une partie de l'élément absorbant bore. Cette séparation de phases pourra réduire l'efficacité de l'absorption neutronique au sein de la phase oxyde. Une solution à ce comportement serait d'augmenter la quantité de B4C ou d'utiliser un absorbant oxyde miscible avec le combustible. Eu2O3 ou HfO2 pourraient convenir car il a été montré qu'ils forment une solution solide avec UO2. Concernant le matériau diluant, les oxydes mixtes Al2O3 - HfO2 et Al2O3 - Eu2O3 ont été étudiés. L'interaction de ces systèmes avec UO2 étant inconnue à ce jour, les premiers points ont été recherchés sur les diagrammes ternaires correspondants. Contrairement au système Al2O3 - Eu2O3 - UO2, le mélange Al2O3 - HfO2 - UO2 présente un seul eutectique et donc un seul chemin de solidification ce qui permet de prévoir plus facilement la manière dont le corium solidifierait dans le récupérateur.