Dans ce travail, l'effet de la taille des cellules sur les propriétés de compression des mousses de caoutchouc de silicone avec des cellules sphériques a été étudié expérimentalement. Les mousses ont été fabriquées en utilisant une résine de silicone et des billes de polystyrène expansé (EPS) par une nouvelle technique. Les billes ont été mélangées avec la résine réactive et le mélange a été laissé à température ambiante jusqu'à ce que la résine soit durcie. Ensuite, le matériau solidifié a été chauffé pour rétracter les billes et former la structure cellulaire. Trois mousses différentes avec des tailles de cellules différentes, allant d'environ 1 mm à environ 2 mm, ont été fabriquées et testées sous compression quasi-statique. Pour chaque échantillon, le module de compression par rapport au poids et la résistance à la compression par rapport au poids ont été obtenus. Enfin, ces valeurs ont été comparées entre elles pour déterminer l'effet de la taille des cellules sur les propriétés de compression. Les résultats montrent que l'augmentation de la taille des cellules augmente la rigidité. Par exemple, l'augmentation de la taille des cellules de 1 mm à 1,5 mm à densité constante (480 kg/m³) augmente le module de compression de 17%, tandis que la contrainte de compression à 50% de déformation augmente de14%. De tous les résultats obtenus, on peut conclure que parmi les mousses de caoutchouc à cellules fermées ayant la même composition de matrice et des densités similaires, mais des tailles d'alvéoles différentes, celle ayant la plus petite taille d'alvéole donne les propriétés de compression les plus faibles par rapport au poids, tandis que celle ayant la plus grande taille d'alvéole donne le rapport le plus élevé lorsqu'elles sont lentement comprimées. / In this work, the effect of cell size on the compressive properties of silicone rubber foams with spherical cells was experimentally studied. The foams were made using a silicone resin and expanded polystyrene beads (EPS) through a novel technique. The beads were mixed with the reactive resin and the mixture was left at room temperature until the resin was cured. Then, the solidified material was heated up to shrink down the beads to form the cellular structure. Three different foams with different cell sizes, ranging from about 1 mm to about 2 mm,were made and tested under quasi-static compression. For each sample, the compressive modulus to weight ratio and compressive strength to weight ratio were obtained. Finally, these values were compared between them to determine the effect of cell size on the compressive properties. The results show that increasing the cell size increases the stiffness. For example, increasing the cell size from 1 mm to 1.5 mm at constant density (480 kg/m³) increases the compressive modulus by 17%, while the compressive stress at 50% strain increasesby 14%. From all the results obtained, it can be concluded that among the closed cell rubber foams having the same matrix composition and similar densities,but different cell sizes, the one having the smallest cell size gives the lowest compressive properties to weight ratio, while the one with the largest cell size gives the highest ratio when they are slowly compressed.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2003-2004 / Ce mémoire porte sur l’analyse du canoë de béton de l’Université Laval, Apogée 2002. L’objectif principal est de comprendre le comportement du canoë sous les divers cas de chargement auxquels il est soumis. Un deuxième objectif est de déterminer des critères de conception pour ce type de structure. Ces critères et la compréhension du comportement serviront de base à la conception des prochains canoës. Ces objectifs sont atteints par un apport combiné de la modélisation et de l’expérimentation. Ce travail discute d’abord de la conception des mélanges de béton utilisés pour la construction du canoë de béton Apogée 2002. La caractérisation des propriétés physiques et mécaniques des composites qui ont servi à la construction de la structure est ensuite présentée. Puis, l’analyse du comportement structural du canoë et de ses sous-structures est réalisée à l’aide d’une analyse par éléments finis. Enfin, des essais in-situ sur le canoë sont effectués et les résultats sont comparés à ceux prédits par le modèle numérique. Les essais expérimentaux comprennent des essais statiques et dynamiques. Les essais dynamiques permettent de déterminer l’amplification des déformations causées par les coups de rame et les virages. Les critères de conception sont déterminés et présentés en fonction des résultats des analyses par éléments finis et finalement des essais expérimentaux. / This thesis presents bares the analyses of Laval University’s Apogee 2002 concrete canoe. The predominant objective is to investigate and understand the canoe’s reaction under various loading patterns. A second objective is to elaborate design criteria for these types of structures. These criteria and comprehension of the structural behavior will be used for the upcoming canoes. These objectives are achieved coalescing experimentation and modeling. The present work begins with the elaboration of the concrete design used for Apogee’s construction. The characterization of the physical and mechanical properties of the composites used in the structure follows. Additionally, the sub-structures of the canoe and the entire canoe’s structural reaction analyses are predicted fulfilled using a finite element software. Finally, in-situ tests are performed on the canoe and the results compared to that obtained with the numerical model. The experimentation comprised both static and dynamic tests. Dynamic testing is used to determine the strain amplification due to paddling and turning. The design criteria are determined and presented according to the results obtained from the finite element software followed by experimentation.

Les Barres d’Hopkinson sont couramment utilisées pour tester les matériaux à des hauts taux de déformations. Souvent, différents systèmes de barres sont utilisés pour tester les matériaux en tension ou en compression. Par contre, il serait pratique d’utiliser un seul système, pour prendre des mesures en tension et en compression. Des études ont été faites pour convertir le système de compression existant du centre de Recherche et Développement pour la Défense Canada (RDDC) de ValCartier. Un concept a été choisi parmi 6 systèmes de tension déjà existants. Le choix a été validé avec un modèle d’éléments finis fait sur LS-Dyna. Le modèle a été calibré sur des résultats de compression fournis par le RDDC. Il fut ensuite modifié pour intégrer le nouveau concept. À cause d’un manque de ressources, les résultats de simulation sur LS-Dyna n’ont pu être comparés avec des résultats expérimentaux, puisqu’un premier prototype n’a pu être fabriqué. / The Split Hopkinson Pressure Bars (SHPB) is a common method used to characterize materials at high rates of strain. First used to experiment on materials in compression, the method was adapted to do tests in tension and torsion. The compression apparatus consists of a specimen sandwiched between 2 pressure bars, called the input bar and the output bar. A third bar, the striker, is launched at the input bar. Upon impact, a compressive pulse traveling toward the specimen is generated. This load is partially transmitted into the specimen and the output bar, the rest of it being reflected back into the input bar. Using measurements of the input, transmitted and reflected pulse, it is possible to develop the stress-strain response of the material deforming at high strain rates. This is achieved using strain gages adequately placed on both pressure bars. Many researchers use a different SHPB system when it comes to tension tests. Many methods exist, but all of them are based on compressive experiments. It would therefore be convenient to only have one system, which is capable of taking measurements both in compression and tension. Based on the compressive SHPB apparatus used by the Defense, Research and Development Canada (DRDC) center in ValCartier, studies were made to convert the compressive system into a tensile setup. The goal was to modify it with minimum changes possible, in order to easily go back and forth between the two configurations. A design choice was made, considering 6 existing tension systems. To validate the decision, a finite element model was created using LS-Dyna. The modal was first aligned with the compression results provided and then modified to implement the selected design. Because of a lack of available resources, LS-Dyna simulation results were not compared with experimental data, as it was not possible to create a first prototype.

Résumé La stratification à chaud des panneaux de fibres de bois à haute densité (HDF) fait parti intégrante du procédé de fabrication du plancher flottant. Cette opération n’est pas sans comporter des défis techniques pour lesquels une compréhension du phénomène de gauchissement des panneaux HDF, induit lors de la stratification, est essentielle. À cet égard, la caractérisation physico-mécanique des papiers de finition et des panneaux HDF utilisés dans la production de plancher flottant est appropriée. Les objectifs spécifiques de ce projet étaient l’évaluation du coefficient de contraction et du module d’élasticité en traction des papiers de finition, en plus de l’évaluation du coefficient de conductivité thermique des panneaux HDF. L’étude du comportement des papiers de finition a été réalisée sur trois types de papiers (feuille d’usure, papier décor et feuille de contre-balancement) dans les deux directions principales (sens machine et sens travers), et ce à trois temps de pressage (0, 10 et 20 secondes). Dix répétitions furent réalisées pour chacune des conditions expérimentales. La détermination du coefficient de conductivité thermique a été réalisée sur des panneaux HDF d’une épaisseur de 7 et 8 mm. Trois températures ont été étudiées (100, 150 et 200°C) en appliquant un différentiel de température de 25°C. Chacun des trois échantillons analysés par condition expérimentale ont été soumis à trois cycles d’essais. Le type de papier a un effet hautement significatif sur le coefficient de contraction et ce dernier augmente avec le temps de pressage et est inférieur dans le sens machine. Ces travaux ont également permis de démontrer que pour un même type de papier, le module d’élasticité est supérieur dans le sens machine et augmente avec le temps de pressage. De plus, nous avons établi que le module d’élasticité augmente linéairement avec le grammage des papiers avant imprégnation et diminue avec le contenu en résine. Dans l’étendu des masses volumiques étudiées, la variation de l’épaisseur des panneaux HDF de 7 à 8 mm n’a pas eu d’effet significatif sur la conductivité thermique. / Abstract The lamination of HDF panels is an important step in laminate flooring production. This operation involves technical challenges which require knowledge regarding HDF panel warping occurring during lamination. In this regard, the determination of the physical and mechanical properties of saturated lamination papers and HDF panels used in the production of laminate flooring is strategic. The specific objectives of this study were the determination of the contraction coefficient and modulus of elasticity in traction of saturated papers, in addition to the evaluation of HDF thermal conductivity. Three types of papers were studied (overlay, decorative paper, backer) in two directions (machine direction and cross direction) and at three pressing times (0, 10 and 20 seconds). For each combination, ten repetitions were made. The determination of thermal conductivity was established on 7 and 8 mm boards, which had a density of 871 and 918 kg/m3 respectively. Three temperatures were studied (100, 150 and 200°C) for the same temperature difference of 25°C. Three samples were analysed three times for each experimental condition. The type of paper had a highly significant impact on the contraction coefficient, which is higher in cross direction and increases with pressing time. This study has also shown that for a given paper, the modulus of elasticity in traction is higher in the machine direction and increases with pressing time. We have also established that the modulus of elasticity increases linearly with paper basic weight before impregnation and decreases linearly with resin content. Temperature had a significant impact on the thermal conductivity of HDF panels most likely due to panel moisture content variation during testing. Thickness and density of HDF panels did not have a significant effect on thermal conductivity.

La conception de la structure d’une chaussée dépend en grande partie des caractéristiques du sol qui constituera l’infrastructure, telles que ses propriétés mécaniques réversibles et sa sensibilité à l’eau et au gel. Ces paramètres peuvent être mesurés en laboratoire grâce à l’exécution d’essais très fiables, mais laborieux et dispendieux comme par exemple les essais en cellule triaxiale et celui du potentiel de ségrégation en cellule de gel. L’utilisation des équipements portatifs, comme le déflectomètre LWD et le Percomètre®, permet d’effectuer une évaluation des propriétés du sol. Dix types de sols d’infrastructure ont été testés en laboratoire; les résultats ont été validés avec des essais in situ et corrélés avec les modules réversibles et les potentiels de ségrégation obtenus en laboratoire. Des modèles mathématiques ont été développés permettant une quantification adéquate du module réversible et du potentiel de ségrégation en fonction des propriétés géotechniques du sol.

Le comportement mécanique du nickel polycristallin de haute pureté a été étudié en fonction de l'épaisseur et du nombre de grains dans l'épaisseur, à l'aide d'essais mécaniques et d'observations en microscopie électronique en transmission (MET). L'objectif principal est de caractériser l'effet d'une transition volume/surface des échantillons polycristallins métalliques en lien avec le microformage industriel. Le comportement mécanique a été examiné à l'aide de deux séries d'échantillons, une première dont l'épaisseur est fixée à 500 µm avec une taille de grains variable et une seconde dont la taille de grains est maintenue constante (100 µm) et dont l'épaisseur varie entre 12,5 µm et 6,4 mm. Ces deux séries d'échantillons, assurant la séparation des deux variables d'étude, possèdent une microstructure similaire caractérisée expérimentalement par diffraction des neutrons, EBSD et MET. Avec une réduction du nombre de grains dans l'épaisseur en dessous d'une valeur critique indépendante de la série d'échantillon, un fort adoucissement, une modification des caractéristiques du glissement plastique et une réduction des contraintes internes sont révélés. Cette valeur critique définit la borne inférieure du comportement mécanique polycristallin classique en dessous de laquelle le comportement multicristallin puis quasi-monocristallin apparaît. Cette transition semble due à l'existence d'effets de surface provoqués par la transition polycristal-monocristal.

Dans le cadre des développements technologiques réalisés au CEA, l'analyse du comportement mécanique des liaisons soudées hétérogènes Ta/TA6V est une préoccupation première. En effet, la soudure de ces deux matériaux qui se distinguent par leurs propriétés mécaniques et thermiques, induit de fortes hétérogénéités microstructurales au niveau de la zone fondue.<br />Afin de caractériser le comportement des joints, un essai de flexion quatre points sur éprouvette entaillée a été développé. Ce nouvel essai permet d'obtenir une réponse macroscopique mais également d'analyser plus finement, grâce à un moyen d'extensométrie optique, l'influence des hétérogénéités sur la déformation locale du joint soudé. La confrontation de ces résultats à une étude métallurgique permet de conclure quant à l'influence du gradient de composition sur la rupture.<br />En outre, des essais de nanoindentation permettent d'identifier certains paramètres locaux tels que le module d'élasticité dont la faible valeur est quantifiée.<br />Une base expérimentale variée, réalisée sur les matériaux de base, permet d'identifier un modèle élasto-viscoplastique avec écrouissages isotrope et multi-cinématique non linéaires couplé à l'endommagement. Ce modèle prend en compte l'anisotropie initiale et entre dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Une attention particulière est portée à la description de la viscosité, l'introduction de plusieurs couplages avec l'écrouissage isotrope et le traitement numérique de la contrainte plane.

De nos jours, le domaine de la thermoplasmonique subit un développement très rapide. Ce domaine est basé sur l’amplification de la lumière absorbée par la nanoparticule métallique qui la transforme en une nanosource thermique optiquement activée. Un des défis qu’il faudra relever en thermoplasmonique est la manipulation et la valorisation de l’énergie thermique à petite échelle. De nouvelles techniques optiques permettent d’étudier les phénomènes thermiques liés aux nanoparticules plasmoniques. Ces techniques permettent de caractériser la distribution de température autour de nanoparticules métalliques avec néanmoins une résolution spatiale limitée par la diffraction. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche d’imagerie moléculaire, basée sur la nanopolymérisation amorcée thermiquement, pour caractériser le profil de chaleur au voisinage d’une nanoparticule métallique unique photo-excitée. Cette approche repose sur une formulation thermo-polymérisable caractérisée par une température seuil Ts qui est la température à partir de laquelle aura lieu la réaction de polymérisation. Nous développons ainsi des formulations présentant des Ts différentes. Après l’irradiation de la nanoparticule couverte par la solution thermo-polymérisable, la coquille de polymère créée est l’empreinte des zones où la photoconversion a induit une température supérieure à Ts. Nous démontrons la capacité de cette méthode à cartographier le champ thermique induit autour de la nanoparticule avec une résolution de l’ordre de dizaine de nanomètres (mieux que 35 nm) / Nowadays, the thermoplasmonic field undergoes a very interesting applications development thanks to the amplification of the light absorbed by the metal nanoparticle, which makes it an ideal nanosource of heat controlled by light. Because of this applications development, one of the challenges is to control and manipulate the thermal energy on a small scale.New optical techniques are dedicated to studying the thermal phenomenon induced by plasmonic nanoparticles. These techniques show different capacities to quantify and characterize the heat generated and the temperature distribution around nanoparticles. But the spatial resolution achieved is still limited by diffraction.In this thesis, we present a new molecular imaging approach, which is based on the nanopolymerization reaction thermally induced to characterize the heat profile in the vicinity of a single photoexcited nanoparticle. This approach is based on a thermo-polymerizable formulation with specific temperature threshold Tth (the temperature required to induce polymerization reaction). We develop formulations with different Tth. After irradiation of the nanoparticle covered by the thermo-polymerizable solution, the polymer shell created is the impression of areas where the photoconversion induced a temperature higher than Tth. We demonstrate the ability of this method to map the thermal field induced around the nanoparticle with a resolution better than 35 nm

L’utilisation des fibres végétales dans les polymères composites suscite de nombreuses investigations. Avant de mélanger les fibres végétales dans le polymère, un traitement chimique peut être effectué permettant de réduire l’hydrophilicité des fibres et d’améliorer l'adhérence à l’interface fibre/matrice. Dans cette thèse, l'eau et l'alcali sont utilisés d'abord pour traiter les fibres de chanvre, puis trois agents silane : 3-(triméthoxysilyl)propyl méthacrylate (MPS), N-[3- (triméthoxysilyl)propyl] aniline (PAPS) et (3-Aminopropyl)-triéthoxysilane (APS), sont utilisés pour modifier plus ou moins la surface des fibres de chanvre. Ces fibres traitées ou modifiées sont ensuite mélangées avec le polypropylène (PP) pour la fabrication des composites. Les effets de ces différents traitements sur la structure, les composants et l’hydrophilicité des fibres, et les propriétés mécaniques de ces composites sont mis en évidence. Nous avons étudié ensuite l’effet de vieillissement sur leurs comportements mécaniques, notamment l'humidité, la température et le rayonnement ultraviolet. Les résultats ont montré que le traitement de fibres par l'eau et l’alcali a des effets considérables sur la structure de fibres, les propriétés mécaniques et la durabilité des composites renforcés. La modification par l'agent de silane a une influence moins importante sur la structure des fibres, pourtant son groupe fonctionnel a une influence significative sur les propriétés mécaniques et la résistance au vieillissement des composites renforcés / Using agro fiber as reinforcement of polymer com-posites attracts numerous investigations due to the good mechanical properties and environmental benefits. Prior to blend agro fiber with polymer, chemical treatment can be employed to treat agro fiber for the purpose of reducing the hydrophilicity of fiber and improving the interfacial adhesion fi-ber/polymer matrix. In this thesis, water and alkali are utilized to treat hemp fiber firstly and then three silane agent as 3-(Trimethoxysilyl)propyl methacry-late (MPS), N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]aniline (PAPS) and (3-Aminopropyl)-triethoxysilane (APS) are employed to modify the hemp fiber surface. These treated or modified fibers are blended respectively with polypropylene (PP) to fabricate the hemp fiber/PP composites. The effects of these different treatments on the structure, components and hydro-philicity of fiber, and the mechanical properties of the reinforced PP composites are studied. Moreover, the accelerated ageing experiments including humidity, temperature and ultraviolet of the reinforced PP composites are conducted. The results showed that the fiber treatment of water and alkali has a considerable effect on fiber structure, mechanical properties and durability of the reinforced compo-sites. The silane agent modification of fiber has less influence on the fiber structure but its functional group has great influence on the mechanical proper-ties and ageing resistance of the reinforced compo-sites.

Cette thèse comprend deux parties : Détermination des contraintes résiduelles dans les composites stratifiés ±θ induites par le cycle thermique de fabrication et Etude de leurs influences sur le com-portement mécanique de ces stratifiés. Limitée par la théorie actuelle, la détermination expérimentale des contraintes résiduelles dans les stratifiés ±θ a été très difficile. Dans notre étude, la méthode du trou incrémental a été employée afin de relaxer les contraintes résiduelles et les déformations provoquées ont été mesurées par les jauges de déformation. Une nouvelle approche proposée dans cette thèse permet d’associer les déformations autour du trou et les contraintes résiduelles au sein du stratifié ±θ. Les coefficients de calibration ont été déterminés par la simulation numérique. Grâce à l’approche développée, nous avons constaté une relation linéaire entre les contraintes résiduelles et l’angle θ du stratifié [02/θ2]s. En adaptant un modèle thermoélastique du matériau, les résultats expérimentaux ont pu être modélisés numériquement. Ensuite, nous avons étudié l’influence de l’épaisseur du stratifié, du cycle de cuisson et du vieillissement hydrothermique sur la distribution des contraintes résiduelles. A l’aide de la technique d’émission acoustique, les influences des contraintes résiduelles sur l’endommagement et le comportement mécanique des stratifiés ont été étudiées grâce aux essais de traction. Enfin, l’importance des contraintes résiduelles sur la rupture transversale du stratifié a été mise en évidence en comparant avec les résultats théoriques / This thesis work consists of two main parts: Deter-mination of residual stresses in composites laminates ±θ, introduced by the thermal cycle during the manufacturing process of laminates and Study of their influences on the mechanical behavior of these laminates. Limited by the current theory, the exper-imental determination of residual stresses in the laminates ±θ was very difficult. In this work, the incremental hole drilling method was performed for the residual stresses relaxation and then the gener-ated strains around the hole were measured with strain gages. The new approach proposed in this thesis allows associating the strains around the hole and the residual stresses in the laminates ±θ. The calibration coefficients were determined by the numerical simulation. With this approach, we found a linear relationship between the residual stresses and the fiber orientation angle θ for the composite laminates [02/θ2]s. By adapting a thermoelastic ma-terial model, the results obtained by our new ap-proach were modelized by the numerical study. Then we studied the influence of laminate thickness, curing cycle and hydrothermal ageing on the distri-bution of residual stresses. With the help of acoustic emission technique, the influences of the residual stresses on the damage and the mechanical behavior of composite laminates were studied through tensile tests. Finally, the importance of the residual stresses on the transverse failure of composite laminates was demonstrated comparing with the theoretical results