Ce projet de maîtrise s'inscrit à la suite de nombreuses demandes de plusieurs municipalités auprès des entreprises oeuvrant dans la fabrication de bacs roulants, de créer un nouveau bac de recyclage contenant un certain pourcentage de polymères recyclés. Scientifiquement parlant, il s'agit d'améliorer et d'optimiser le recyclage du polyethylene de haute densité et du polypropylene d'origine post-consommation, soit en fait de transformer la matière plastique de la plupart des produits domestiques et fabriquer un bac roulant fait à partir de 25% de matières plastiques recyclées. Le produit fini doit posséder les caractéristiques demandées et rencontrer les exigences requises habituellement pour la fabrication d'un bac roulant (bac à ordure, à recyclage ou à composte) en définitive le même que celui produit chez IPL par un procédé de moulage par injection. C'est donc dans cette optique que les recettes contenant à la fois des résines vierges et résines recyclées selon le ratio prédéfini de 75/25, ont été réalisées. De plus, pour certains de ces mélanges, il y a eu ajout d'un agent couplant destiné à en améliorer les propriétés mécaniques. Par ailleurs, le choix du meilleur mélange s'est effectué à partir de propriétés mécaniques obtenues à l'aide de tests appropriés permettant de les sélectionner. Il fallait également déterminer le moyen pour diminuer la tonalité de la couleur lors du procédé d'extrusion.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les plus récents estimés indiquent que seulement 32% des plastiques post-consommation (emballages, sacs et contenants) sont récupérés par la collecte sélective des matières recyclables au Québec, et une quantité probablement encore moindre est réellement recyclée. Pourtant, le recyclage a été identifié comme une des stratégies clés permettant la mise en place d’une véritable économie circulaire des plastiques. Présentement, un manque de données précises et transférables entre les acteurs de la chaîne de valeurs rend plus difficile l’application de mesures efficaces pour augmenter la qualité des plastiques voués au recyclage thermomécanique. De plus, il existe peu de solutions de recyclage pour les flux de plastiques fortement hétérogènes, alors que la diversité des emballages disponibles sur le marché est sans cesse croissante. Ce travail de recherche avait pour objectif d’étudier la qualité des plastiques mélangés en provenance du centre de tri de Gaudreau Environnement Inc., et de développer une technologie de recyclage applicable aux flux hétérogènes de plastiques. Une caractérisation combinant des équipements industriels et des analyses de laboratoire a permis de dégager un taux de qualité correspondant à la concentration réelle d’un polymère visé dans un échantillon trié par séparateur optique. De plus, la caractérisation des contaminants a démontré que les plastiques faits de polystyrène et de polyvinyle chloré sont sujets à de grandes variations de qualité. Une méthode de recyclage de ces plastiques est proposée ici, soit l’utilisation d’agrégats de plastiques recyclés comme substituts au sable pour des mélanges expérimentaux de béton. Le plastique a généré des bétons ayant une plus grande ténacité élastique et une résistance thermique plus élevée que le béton conventionnel. Cette technique de recyclage a semblé convenir aux flux hétérogènes de plastiques, notamment lorsque plusieurs types de polymères sont présents, car les critères de qualité diffèrent de ceux employés pour évaluer les plastiques voués au recyclage thermomécanique conventionnel. / According to recent estimates, only 32% of all postconsumer plastics are collected by curbside collection programs in the province of Quebec (CANADA), and an even smaller amount may be actually recycled into new products. Recycling has nonetheless been identified as one of the key strategies needed to enable a transition to a fully circular economy for plastics. At this time, a lack of precise data, transferable between all stakeholders of the plastics value chain, prevents the implementation of efficient measures to upgrade the quality of plastics channelled towards thermomechanical recycling. Also, very few recycling techniques are designed for heterogeneous plastic streams, while an increasingly varied array of plastic packaging is found on the consumer market. This research aimed to study the quality of a mixed plastics stream produced by Gaudreau Environnement Inc.’s material recovery facility, and develop a recycling technique able to process an heterogeneous plastic stream. A combination of industrial machineries and laboratory analyses was used to characterize the quality of the mixed plastics, and a quality index was generated to estimate the concentration of a targeted polymer in a sorted plastic stream. A characterization of contaminants showed that polystyrene and polyvinyl chloride streams experienced more variation in terms of quality for recycling. A potential valorization route was investigated, where recycled plastic aggregates were substituted to sand in experimental concrete blends. Plastic aggregates helped confer greater elastic toughness and a higher thermal resistance to concrete. Plastic aggregates with a high bulk density, such as those derived from PVC, generated concretes with the best mechanical performances. This recycling technique seems promising for heterogeneous plastic streams, particularly when several polymers are present, since its quality parameters differ from conventional thermomechanical recycling.

This work developed an innovative approach of tire recycling through the application of waste tire rubber and textile fiber as reinforcements for the production of fully recycled thermoplastic elastomer (TPE), compounds turning wastes into added-value materials. An experimental optimization was performed to develop a specific phase morphology and achieve balanced physical, mechanical, and thermal properties of TPE based on recycled materials. In the first part, ground rubber tire (GTR) from regenerated rubber (RR) and non-regenerated rubber (NRR) based on off-the-road (OTR) tires were melt blended (twin-screw extrusion) with recycled high-density polyethylene (rHDPE) to investigate the effect of rubber regeneration and composition on the processability, phase morphology and properties of highly filled TPE containing up to 90 wt.% GTR. Inclusion of RR into rHDPE contributed to better flowability and processability because of higher chain mobility and particle deformability compared to NR particles. Despite decreasing tensile strength and tensile modulus with rubber content (stress concentration points), the elongation at break and impact strength increased which was attributed to the presence of a more elastic phase content and higher energy absorption through the deformation of rubbery particles retarding fracture. In the second part, TPE blends based on recycled thermoplastic were prepared via melt blending to study the effect of GRT particle size (0–250 μm, 250–500 μm and 500–850 μm) and content (0, 20, 35, 50 and 65 wt.%). The results revealed that for a fixed blend composition, smaller GTR particles (0–250 μm) gave higher tensile properties and toughness compared to larger particles because of higher specific surface area (higher value and better contact) between small GTR particles and the matrix promoting interfacial interaction. However, smaller particles had a negligible effect on mechanical strength at higher GTR content (above 50 wt.%) since incompatibility and poor interphase quality played a more significant role. In the next step, different types of regenerated recycled rubbers (RR₁ and RR₂) were used to produce highly filled TPE blends (over 70 wt.%). Strong entanglement between RR₂ (regeneration degree of 24%) free chains and the thermoplastic macromolecules contributed to strong interfacial interaction, leading to high mechanical properties. The introduction of a recycled ethylene-vinyl acetate (rEVA) copolymer improved the elongation at break and impact strength by 27% and 11% respectively, via encapsulation of the rubber phase by the elastomer copolymer (10 wt.%) forming a thick/soft interphase decreasing interfacial stress concentration slowing down fracture. In the last part, a masterbatch based on maleic anhydride grafted polyethylene (MAPE)/RR (70/30) was used for impact modification and compatibilization of recycled TPE composites reinforced with recycled tire fiber (RTF). The addition of surface coated RR with the coupling agent delayed crack initiation/propagation by forming a thick/soft interphase decreasing interfacial stress concentration slowing down fracture. Encapsulation of the rubber phase by MAPE provided an efficient method for waste tire recycling (rubber and fibers) by producing toughened TPE composites with acceptable mechanical properties. Overall, the results obtained in this project open the door for further development of waste tires recycling via the production of environmentally friendly, cost effective and added-value TPE compounds for several industrial applications like automotive, packaging and civil engineering. / Ce travail développe une approche innovante du recyclage des pneus grâce à l'application de déchets de caoutchouc de pneus et de fibres textiles comme renforts pour la production de composés élastomères thermoplastiques (TPE) entièrement recyclés transformant les déchets en matériaux à valeur ajoutée. Une optimisation expérimentale a été réalisée pour développer une morphologie de phase spécifique et obtenir des propriétés physiques, mécaniques et thermiques équilibrées du TPE à base de matériaux recyclés. Dans la première partie, de la poudrette de pneu usé (GTR) à partir de caoutchouc régénéré (RR) et de caoutchouc non régénéré (NRR) à base de pneus hors-route (OTR) ont été mélangés à l'état fondu (extrusion à double vis) avec des matériaux recyclés comme le polyéthylène haute densité recyclé (rHDPE) pour étudier l'effet de la régénération et de la composition du caoutchouc sur l'aptitude au moulage, la morphologie des phases et les propriétés du TPE hautement chargé contenant jusqu'à 90% en poids de GTR. L'inclusion de RR dans le rHDPE a contribué à une meilleure fluidité et une aptitude au moulage en raison de la mobilité des chaînes et de la déformabilité des particules plus élevées que les particules NR. Malgré la diminution de la résistance à la traction et du module de traction avec la teneur en caoutchouc (points de concentration de contrainte), l'allongement à la rupture et la résistance aux chocs ont augmenté, ce qui a été attribué à la présence d'une teneur en phase plus élastique et d'une absorption d'énergie plus élevée par la déformation des particules caoutchouteuses retardant la rupture. Dans la deuxième partie, des mélanges de TPE à base de thermoplastique recyclé ont été préparés par mélange à l'état fondu pour étudier l'effet de la taille des particules de GTR (0-250 μm, 250-500 μm et 500-850 μm) et leur contenu (0, 20, 35, 50 et 65% en poids). Les résultats ont révélé que pour une composition de mélange fixe, les particules de GTR plus petites (0-250 μm) ont donné des propriétés de traction et une ténacité plus élevées par rapport aux particules plus grosses en raison d'une surface spécifique plus élevée (valeur plus élevée et meilleur contact) entre les petites particules de GTR et la matrice favorisant l’interaction interfaciale. Cependant, les particules plus petites ont un effet négligeable sur la résistance mécanique à une teneur en GTR plus élevée (au-dessus de 50% en poids) puisque l'incompatibilité et la mauvaise qualité de l'interphase ont joué un rôle plus important. Dans l'étape suivante, différents types de caoutchoucs recyclés régénérés (RR₁ et RR₂) ont été utilisés pour produire des mélanges de TPE hautement chargés (plus de 70% en poids). Un fort enchevêtrement entre les chaînes libres RR₂ (degré de régénération de 24%) et les macromolécules thermoplastiques a contribué à une forte interaction interfaciale conduisant à des propriétés mécaniques élevées. L'introduction d'un copolymère éthylène-acétate de vinyle recyclé (rEVA) a montré une augmentation de l'allongement à la rupture et de la résistance aux chocs de 27% et 11% respectivement, via l'encapsulation de la phase de caoutchouc par le copolymère élastomère (10% en poids) formant un interphase épaisse/flexible diminuant la concentration de contraintes interfaciales ralentissant la fracture. Dans la dernière partie, un mélange maître à base de polyéthylène greffé à l'anhydride maléique (MAPE)/RR (70/30) a été utilisé pour la modification d'impact et la compatibilisation de composites TPE recyclés renforcés de fibres de pneu recyclées (RTF). L'ajout de RR recouvert en surface avec l'agent de couplage a retardé l'initiation et la propagation des fissures en formant une interphase épaisse/flexible diminuant la concentration de contraintes interfaciales ralentissant la fracture. L'encapsulation de la phase caoutchouc par MAPE a fourni une méthode efficace pour le recyclage des pneus usés (caoutchouc et fibres) en produisant des composites TPE renforcés avec des propriétés mécaniques acceptables. Dans l'ensemble, les résultats obtenus dans ce projet ouvrent la porte à un développement ultérieur du recyclage des pneus usagés via la production de composés TPE respectueux de l'environnement, rentables et à valeur ajoutée pour plusieurs applications industrielles telles que l'automobile, l'emballage et le génie civil.

Ce travail étudie l'effet de la fibre de chanvre comme renfort pour les mousses de polyuréthane (PU). Dans un premier temps, la concentration de la fibre a été maintenue faible (0-10% en masse) pour comparer l'effet de la stratégie de mélange (agitateur mécanique vs mélange manuel). En particulier, un traitement de surface alcalin de la fibre de chanvre (dimensions fixes) a été réalisé pour améliorer les interactions fibre-matrice. Les meilleures conditions se sont révélées être une solution aqueuse à 5% de NaOH à 65 °C pendant 4 h. Ces conditions ont conduit à une résistance à la compression (27%) et un module (15%) plus élevés par rapport aux fibres non traitées lorsque la teneur en fibres était fixée à 5% en masse et pour une densité de mousse de l'ordre de 400 à 500 kg/m³. Ces résultats peuvent être utilisés pour produire des mousses PU renforcées sur une large gamme de densités et pour des applications de rembourrage et d'amortissement/absorption d'énergie. / This work investigates the effect of hemp fibre as a reinforcement for polyurethane (PU) foams. As a first step, the fibre content was kept low (0-10% wt.) to compare the effect of the mixing strategy (mechanical stirrer vs. hand mixing). In particular, an alkaline surface treatment of the hemp fibre (fixed dimensions) was performed to improve the fibre-matrix interactions. The best conditions were found to be a 5% aqueous solution of NaOH at 65 °C for 4 h. These conditions led to higher compressive strength (27%) and modulus (15%) as compared to untreated fibres when the fibre content was fixed at 5% wt. for a foam density in the range of 400 to 500 kg/m³. These results can be used to produce reinforced PU foams over a wide range of density for cushioning and energy damping/absorption applications.

Dans cette étude, des matériaux composites bois/plastiques moussés ont été produits par une méthode de moulage par injection. En particulier, les composites sont constitués de fibres de bois et d'une matrice de polyoléfines recyclées (mélange de HDPE et PP). La décomposition thermique de l'azodicarbonamide (ACA), un agent gonflant chimique, fournit le gaz nécessaire à la formation de la mousse microcellulaire. Afin d'étudier ces composites, nous avons varié la concentration de bois, la température du moule ainsi que la teneur en agent gonflant. La caractérisation microscopique des échantillons comprend l'analyse de la structure cellulaire, de l'épaisseur de peau ainsi que de la morphologie des fibres. Les résultats montrent que la température du moule et la teneur en agent gonflant ont très peu d'influence sur la morphologie cellulaire à l'intérieur de la plage de valeurs étudiées. Par ailleurs, l'augmentation de la teneur en fibres augmente le diamètre cellulaire à cause de la nature de l'interface bois/plastiques. Enfin, les tests mécaniques en flexion, torsion, impact et traction ont pour but de caractériser l'effet du bois et du moussage sur ces matériaux tout en liant les propriétés mécaniques aux analyses microscopiques. On observe que les propriétés des échantillons sont supérieures en présence de fibres de bois mais légèrement inférieures lorsque moussés.

Cette thèse a pour objectif le développement et l'implémentation d'un outil de résolution éléments-finis pour les problèmes d'extrusion de matériaux visco-plastiques fondus qui soit adapté à l'industrie du pneumatique. Dans ces travaux nous présenterons une méthodologie complète pour résoudre un modèle couplé comprenant le calcul des écoulements dans l'outillage, la répartition de température dans le domaine et la position d'interfaces entre plusieurs matériaux non miscibles. Pour cela, nous utiliserons les équations de Stokes non linéaires, l'équation de la chaleur, la méthode des interfaces diffuses et l'adaptation de maillage hiérarchique. Après avoir détaillé les différentes méthodes utilisées pour la résolution des différents problèmes, nous présenterons des résultats numériques dans plusieurs géométries d'outillages liés à l'extrusion des polymères. / The objective of this thesis is the development and the implementation of a finite element resolution tool for extrusion problems of molten visco-plastic materials which is suitable for the tire industry. In this works we will present a complete methodology to solve a coupled model including the calculation of the flow field in the equipment, the temperature distribution in the domain and the position of interfaces between several immiscible materials. To achieve this goal, we will solve the nonlinear Stokes equations, the heat equation, the diffuse interface method and we will use hierarchical mesh adaptation. After describing the various methods used for the resolution of the different problems, we present numerical results in several industrial geometries of tools related to the extrusion of polymers.

L’industrie du plastique se tourne de plus en plus vers les matériaux composites afin d’économiser de la matière et/ou d’utiliser des matières premières à moindres coûts, tout en conservant de bonnes propriétés. L’impressionnante adaptabilité des matériaux composites provient du fait que le manufacturier peut modifier le choix des matériaux utilisés, la proportion selon laquelle ils sont mélangés, ainsi que la méthode de mise en œuvre utilisée. La principale difficulté associée au développement de ces matériaux est l’hétérogénéité de composition ou de structure, qui entraîne généralement des défaillances mécaniques. La qualité des prototypes est normalement mesurée en laboratoire, à partir de tests destructifs et de méthodes nécessitant la préparation des échantillons. La mesure en-ligne de la qualité permettrait une rétroaction quasi-immédiate sur les conditions d’opération des équipements, en plus d’être directement utilisable pour le contrôle de la qualité dans une situation de production industrielle. L’objectif de la recherche proposée consiste à développer un outil de contrôle de qualité pour la qualité des matériaux plastiques de tout genre. Quelques sondes de type proche infrarouge ou ultrasons existent présentement pour la mesure de la composition en-ligne, mais celles-ci ne fournissent qu’une valeur ponctuelle à chaque acquisition. Ce type de méthode est donc mal adapté pour identifier la distribution des caractéristiques de surface de la pièce (i.e. homogénéité, orientation, dispersion). Afin d’atteindre cet objectif, un système d’imagerie hyperspectrale est proposé. À l’aide de cet appareil, il est possible de balayer la surface de la pièce et d’obtenir une image hyperspectrale, c’est-à-dire une image formée de l’intensité lumineuse à des centaines de longueurs d’onde et ce, pour chaque pixel de l’image. L’application de méthodes chimiométriques permettent ensuite d’extraire les caractéristiques spatiales et spectrales de l’échantillon présentes dans ces images. Finalement, les méthodes de régression multivariée permettent d’établir un modèle liant les caractéristiques identifiées aux propriétés de la pièce. La construction d’un modèle mathématique forme donc l’outil d’analyse en-ligne de la qualité des pièces qui peut également prédire et optimiser les conditions de fabrication. / The use of plastic composite materials has been increasing in recent years in order to reduce the amount of material used and/or use more economic materials, all of which without compromising the properties. The impressive adaptability of these composite materials comes from the fact that the manufacturer can choose the raw materials, the proportion in which they are blended as well as the processing conditions. However, these materials tend to suffer from heterogeneous compositions and structures, which lead to mechanical weaknesses. Product quality is generally measured in the laboratory, using destructive tests often requiring extensive sample preparation. On-line quality control would allow near-immediate feedback on the operating conditions and may be transferrable to an industrial production context. The proposed research consists of developing an on-line quality control tool adaptable to plastic materials of all types. A number of infrared and ultrasound probes presently exist for on-line composition estimation, but only provide single-point values at each acquisition. These methods are therefore less adapted for identifying the spatial distribution of a sample’s surface characteristics (e.g. homogeneity, orientation, dispersion). In order to achieve this objective, a hyperspectral imaging system is proposed. Using this tool, it is possible to scan the surface of a sample and obtain a hyperspectral image, that is to say an image in which each pixel captures the light intensity at hundreds of wavelengths. Chemometrics methods can then be applied to this image in order to extract the relevant spatial and spectral features. Finally, multivariate regression methods are used to build a model between these features and the properties of the sample. This mathematical model forms the backbone of an on-line quality assessment tool used to predict and optimize the operating conditions under which the samples are processed.

Afin de développer un protocole d’essai standardisé et des outils analytiques facilitant la conception de réparations collées en biseau pour des structures composites aéronautiques primaires, le présent mémoire se concentre sur la caractérisation et la modélisation des performances de joints collés en composite de type lisse-escalier soumis à un effort de traction uni-axiale. Dans un premier temps, deux matériaux composites tissés, une toile (PW) et un satin (8-HS) pré-imprégnés de type plastique à renfort de fibre de carbone ont été testés en traction uni-axiale à température ambiante sec (TAS) et à température élevée sec (TES). Les données issues de cette caractérisation ont permis la modélisation numérique des réparations. Dans un deuxième temps, des réparations de type lisse-escalier ont été fabriquées sur des stratifiés en utilisant les matériaux composites PW et 8-HS en suivant la même séquence de plis quasi-isotrope ([+45°/0°/-45°/90°]2s) pour le parent et pour la réparation. Le film adhésif utilisé est le Cytec FM300-2M. L’effet des conditions environnementales et de l’angle de biseau (3°, 5.5° et 7.5°) sur les performances des réparations a été étudié. Les résultats des essais de traction ont révélé que l’angle de biseau a un impact significatif sur le mode de rupture de la structure réparée. Alors que la rupture s’est produite dans le composite pour les réparations avec un angle de biseau de 3°, une rupture en cisaillement de type cohésive a été observée pour les réparations pour les biseaux à 5.5° et 7.5°. Ce changement de mode de rupture a été retrouvé pour les deux conditions environnementales (TAS et TES). Comparativement au stratifié intact, une baisse non-significative de la rigidité a été notée pour tous les angles de biseau. Toutefois, l’augmentation de l’angle de biseau a conduit à une baisse significative de la restitution de la contrainte à la rupture comparativement à celle du stratifié d’origine, indiquant l’importance de l’angle de biseau sur l’intégrité de la structure des réparations adhésives de type lisse-escalier. Les essais de tractions à TES suggèrent qu’il n’y a qu’une très faible diminution de la rigidité et de la contrainte à la rupture pour les réparations à TES comparativement à TAS. Finalement, des analyses par éléments finis 2D dans l’épaisseur ont été conduites en utilisant ABAQUS Standard et Explicit. Une analyse élastique a tout d’abord été menée afin de prédire les distributions des contraintes de pelage et de cisaillement normalisées au milieu de l’adhésif, le long de la ligne adhésive, pour trois différentes configurations géométriques de jointure (lisse-lisse, lisse-escalier, escalier-escalier). Contrairement aux distributions de contraintes uniformes observées le long de la ligne adhésive de la configuration lisse-lisse, de forts et fréquents pics de contraintes de pelage et de cisaillement ont été observés pour les deux autres configurations. Ces observations ont mené à conclure que la modélisation d’un joint de réparation collé en biseau doit être conduite avec précaution. Émettre l’hypothèse que la surface adhésive du stratifié patch est lisse (i.e.: configuration lisse-lisse) alors qu’elle est en fait de type lisse-escalier implique de ne pas prendre en compte les pics de contraintes causés par les irrégularités géométriques de la surface adhésive du stratifié. Cela peut mener à la surestimation de la contrainte à la rupture de la réparation. Pour finir, une analyse élastique-plastique a été conduite en utilisant les modèles de plasticité et d’endommagement par cisaillement déjà implémentés dans ABAQUS. Ces modèles de plasticité et d’endommagement ont été utilisés pour le film adhésif seulement. Le matériau composite a été supposé linéaire élastique jusqu’à la rupture. Le critère des déformations maximales a été utilisé pour prédire la rupture du premier pli dans le composite. Les prédictions obtenues avec le modèle et les résultats expérimentaux ont montré de très bonnes corrélations. / This master’s degree thesis focuses on testing and modeling the bonded scarf-stepped composite joint performance under uniaxial tensile loading as part of the effort to develop testing protocols and analytical tools for the design of scarf bonded repair for primary aeronautical composite structures. First, plain weave (PW) and 8-harness satin (8-HS) carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) pre-preg composite materials were tested under uniaxial tensile loading at room temperature dry (RTD) and elevated temperature dry (ETD) conditions. The gathered characterization data was later used for the numerical modeling of the repairs. Furthermore, smoothed parent laminate bonding surface and stepped patch laminate bonding surface (scarf-stepped repairs were performed using both PW and 8-HS composite materials with matching quasi-isotropic ([+45°/0°/-45°/90°]2s) ply stacking sequence between the parent and the patch. The adhesive film that was used is the Cytec FM300-2M. The effects of environmental conditions and the influence of the scarf angle (i.e. 3˚, 5.5° and 7.5˚) on the performance of the bonded repairs were investigated. The tensile test results revealed that the scarf angle has a significant impact on the failure mode of the repaired composite part. While substrate failure occurred with a 3˚ scarf angle, cohesive shear failure was observed for the 5.5° and 7.5˚ angles. This change in failure mode is consistent both at RTD and ETD. When compared with the pristine laminate, an insignificant drop in stiffness was found regardless of the scarf angle. Although, increasing the scarf angle led to a significant drop in strength restitution in comparison with the pristine laminate. This indicates the importance of the scarf angle on the structural integrity of a scarf-step bonded repair. The tensile test results in ETD conditions suggest a slight decrease in stiffness and strength for both materials at ETD. Eventually, 2D through-thickness finiteelement analyses were also conducted using both ABAQUS Standard and Explicit. An elastic analysis was first performed to predict the distribution of normalized shear and peel stresses in the middle of the adhesive along the bondline for three different joint geometries (scarf-scarf, scarf-step and step-step). As opposed to the uniform stress distributions found along the bondline of the scarf-scarf configuration, high and frequent peaks of peal and shear stresses were found for both scarf-step and step-step configurations. These observations led to the conclusion that one must be particularly cautious when modeling a scarf joint bonded repair. Assuming that the patch laminate bonding surface is smoothed (i.e., scarf-scarf configuration) while it is actually stepped (i.e., scarf-step configuration) can lead to overestimating the overall repair strength since the high stress peaks caused by the geometric irregularities of the stepped patch laminate bonding surface would then be ignored. Furthermore, an elastic-plastic analysis was conducted using the already implemented plasticity and shear damage models in ABAQUS. These plasticity and damage models were used for the adhesive film only. The composite material was supposed to behave linear-elastically up to failure. The maximum strain criterion was used to predict the first ply failure in the composite. The predictions obtained with the model correlated very well with the experimental results.

Les complexes électrostatiques à base d'isolats de protéines de lactosérum (IPL) et de pectine faiblement méthylée (PFM) ont été étudiés en tant que matrice d'encapsulation d'ingrédients hydrosolubles. L'étude a porté sur la résistance des complexes IPL-PFM à différents traitements physiques, tels que l'homogénéisation et la pasteurisation, en fonction des paramètres de formation des complexes (mode d'acidification graduel ou spontané, concentration totale en biopolymères et ratio IPL:PFM). Des analyses de tailles, de charge, de turbidité, de morphologie et de concentration en thiamine encapsulée ont permis d'évaluer la stabilité des complexes durant l'entreposage. La pasteurisation des jus non homogénéisés réduit la stabilité des complexes IPL-PFM. Cependant, l'homogénéisation des complexes de ratio 1:1 formés selon un mode graduel réduit l'effet déstabilisateur de la pasteurisation sur les complexes et limite la perte en thiamine encapsulée. Les complexes électrostatiques présentent un potentiel intéressant pour la microencapsulation de produits nutraceutiques destinés aux produits acides. / Whey proteins isolate (WPI) and low-methylated pectin (LMP) electrostatic complexes were studied as an encapsulation matrix of water-soluble ingredients. The study aimed to evaluate the stability of WPI-LMP complexes subjected to various physical treatments, such as homogenization and pasteurization, according to the parameters of complexes formation, like the acidification mode (gradual or spontaneous), the total concentration in biopolymers and the WPI : LMP ratio. Size, charge, turbidity, microscopy and concentration of encapsulated thiamine measurements were made to characterize the stability of complexes during storage. The pasteurization of nonhomogenized juices decreases the stability of WPI-LMP complexes. However, the homogenization of 1:1 (WPI :LMP ratio) complexes obtained by gradual acidification reduced the damaging effect of pasteurization on the complexes and reduces the encapsulated thiamine loss. Electrostatic complexes offer a promising potential for the microencapsulation of charged nutraceutical compounds to be used in fruit juices and acidic products.

L’utilisation de Matériaux Composites est de plus en plus courante dans plusieurs applications, notamment dans les structures aéronautiques où des pièces de forme complexe sont fort demandées. Dans ces matériaux, la disposition ou l’orientation des fibres l’une par rapport à l’autre, la concentration de celles-ci, et leur distribution sont des facteurs qui ont une influence notable sur la résistance et d’autres propriétés des composites renforcés de fibres. Ainsi, on a besoin de développer des techniques d’essai pour évaluer la teneur en fibres. Des méthodes destructrices peuvent être utilisées pour évaluer les fibres dans un échantillon composite par exemple, en évaluant une section de coupe du matériau après polissage de la surface par microscopie. Cependant, l’approche destructrice n’est pas toujours une option puisque l’échantillon est endommagé après l’inspection et probablement impropre à l’utilisation. Ainsi, les techniques de Contrôle non-destructif (CND) doivent être utilisées dans certains cas pour évaluer le contenu de la matière fibreuse. Dans cette thèse, la thermographie infrarouge, une technique de CND bien connue, est utilisé afin d’évaluer l’orientation des fibres de matériaux composites, à la surface et sous la surface de pièces plates ainsi que de pièces de forme complexes. Plus précisément, l’ellipsométrie thermique utilisant une source de point laser de chauffage (statique) et une source de chauffage en ligne produit par balayage en vol du point laser (dynamique) sont employés. L’évaluation de l’orientation de la fibre sur des pièces de forme complexe est accomplie avec succès en raison de la fusion d’un modèle en trois dimensions de la surface de l’échantillon avec les données infrarouge obtenues par l’inspection d’ellipsométrie thermique. Le matériau qui va être inspecté dans ce projet est le Carbone/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) réalisé par disposition de flocons de fibres appelée Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS). / The use of Composite Materials (CM) is growing more and more every day in several applications, especially in aeronautic structures where complex shaped parts are highly demanded. The arrangement or orientation of the fibers relative to one another, the fiber concentration, and the distribution all have a significant influence on the strength and other properties of fiber reinforced composites. Thus, one needs to develop testing techniques to assess fiber content. Destructive methods can be employed to evaluate the fiber on a composite, e.g. cutting a section of the material, polishing the area and evaluating it by microscopy. However, the destructive approach is not always an option since the sample will be ‘damaged’ after the inspection and probably unfit for use. Therefore, Non-Destructive Testing and Evaluation (NDT& E) techniques must be employed in some cases to assess the material’s fiber content. In this thesis, InfraRed Thermography (IRT), a well-known NDT& E technique, is used in order to assess fiber orientation of composite materials on the surface and beneath the surface of booth flat and complex shaped parts. More specifically, Thermal Ellipsometry (TE) using a laser spot heating source (static) and a line heating source produced by a flying laser spot inspection (dynamic) are employed. Fiber orientation assessment on complex shaped parts is successfully accomplished due to the merge of a Three-Dimensional (3D) model of the part’s surface with the InfraRed (IR) data obtained by the TE inspection. The specimens that are going to be inspected in this project are Carbon/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) plates reinforced by Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS) of unidirectional slit tape. / O uso de Materiais Compósitos tem crescido mais e mais a cada dia em várias aplicações, especialmente em estruturas aeronáuticas onde peças em forma de complexos sõ extremamente procurados. O arranjo ou orientação das fibras com relação umas às outras, a concentração de fibra, e sua distribuição tem todos um grande impacto na força, rigidez e outras propriedades de materiais compósitos reforçados com fibras. Assim, se faz necessário o desenvolvimento de técnicas capazes de avaliar o conteúdo fibroso destes materiais. Métodos destrutivos podem ser empregados para avaliar as fibras em um material compósito, por exemplo cortando-se uma secção do material, polindo a área e avaliado a região com um microscópio. Entretanto, a abordagem destrutiva nõ é sempre uma opção uma vez que após o ensaio a peça ficará danificada e provavelmente imprópria para uso. Deste modo, ensaios não-destrutivos devem ser empregados em certos casos para avaliar o conteúdo fibroso do material. Nesta tese, termografia infravermelha, uma conhecida técnica de ensaios não-destrutivo, é usada para acessar a orientação das fibras de materiais compósitos na superfície e sub-superfície de amostras planas bem como de amostras com formas complexas. Mais especificamente, elipsometria térmica usando fonte de aquecimento ponto de laser (estático) e uma fonte de aquecimento em linha produzida por uma inspeção de ponto voador (dinâmico) são empregadas. Avaliação de orientação de fibra em amostras de formas complexas é realizada com sucesso graças a fusão de um modelo tridimensional da superfície da amostra e os dados infravermelhos obtidos com o ensaio de elipsometria térmica. As amostras inspecionadas durante este projeto são feitas Carbono/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) reforçadas com Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS).