Self-consolidating concrete (SCC) is an emerging technology that utilizes flowable concrete that eliminates the need for consolidation. The advantages of SCC lie in a remarkable reduction of the casting time, facilitating the casting of congested and complex structural elements, possibility to reduce labor demand, elimination of mechanical vibrations and noise, improvement of surface appearance, producing a better and premium concrete product. The research focussed on capturing existing knowledge and making recommendations for current practice. An experimental program was undertaken at the Université de Sherbrooke to evaluate the lateral pressure developed by SCC mixtures. A portable devise (UofS2 pressure column) for measuring and predicting lateral pressure and its rate of decay of SCC was developed and validated. The UofS2 pressure column is cast with 0.5 m high fresh concrete and air pressure is introduced from the top to simulate casting depth up to 13 m. Then, develop and implement test method for field evaluation of relevant plastic and thixotropic properties of SCC that affect formwork pressure were done. Portable vane (PV) test based on the hand-held vane test method used to determine the undrained shear strength property of clay soil was the first setup as well as the inclined plane (IP) test. The IP device involves slumping a small concrete cylinder on a horizontal plate and then lifting up the plate at different durations of rest until the slumped sample starts to move. Identifying role of material constituents, mix design, concrete placement characteristics (casting rate, waiting periods between lifts, and casting depth), temperature, and formwork characteristics that have major influence on formwork pressure exerted by SCC were evaluated in laboratory and validated by actual field measurements. Relating the maximum lateral pressure and its rate of decay to the plastic properties of SCC were established. In the analytical part of the research, effective ways to reduce lateral pressure by developing formulation expertise and practical guidelines to lower lateral pressure of SCC were proposed. Various design equations as well as chart diagrams to predict formwork pressure that can be exerted by SCC on column and wall elements were derived and reported. In general, the results obtained show that measured lateral pressure is lower than corresponding hydrostatic pressure. The study has shown that lateral pressure exerted by SCC is closely related to the structural build-up at rest (or thixotropy) of SCC. The latter can be controlled using different mixture proportionings, material constituents, and chemical admixtures. SCC mixture with a high rate of structural build-up at rest can develop low lateral pressure on formwork. Increased rate of structural build-up at rest can be ensured by incorporating a greater volume of coarse aggregate, lower paste volume, and/or lower sand-to-total aggregate ratio. Incorporating coarse aggregate of larger maximum size could also increase the thixotropy and hence reduce the lateral pressure. This can also be achieved by reducing the workability of SCC using less HRWRA concentration. Indeed, all mixture factors have been replaced by measuring the rate of structural build-up at rest (or thixotropy) using the developed portable vane and inclined plane field-oriented test as well as the modified Tattersall MK-III concrete rheometer. On the other hand, increasing or maintaining the concrete temperature at a certain level plays an important role to reduce the lateral pressure. The higher concrete temperature can accelerate the heat of hydration of cement with water and increase the internal friction leading to higher thixotropy. Controlling the placement rate has a great impact on the resultant lateral pressure of SCC. The lateral pressure can be reduced by slowing down the casting rate, as concrete has more time to build-up. However, this can slow down the rate of construction. The casting rate should be optimized to yield a cost effective formwork system. Pausing the continuous casting by a waiting period can reduce the exerted lateral pressure. The research investigation could accelerate the acceptance and implementation of SCC technology in cast-in-place applications, which is the preponderate business of the ready mixed concrete suppliers. The research findings could also contribute to the removal of some of the major barriers hindering the acceptance of SCC in cast-in-place applications and provide the industry with much needed guidelines on formwork pressure.--Résumé abrégé par UMI.

Les glissements de terrain se produisent dans toutes les chaînes de montagnes où la résistance de massifs rocheux est insuffisante pour contrer l’action de la gravité. Les terrains volcaniques sont particulièrement susceptibles de s’effondrer car les édifices sont composés des lithologies diverses et variées qui peuvent être fortement fracturées. En plus, la croissance rapide des édifices volcaniques favorise leur instabilité et leur effondrement. L’activité magmatique est un facteur additionnel responsable de la déformation des édifices, tandis que l’activité hydrothermale réduit la résistance des roches volcaniques. Pour ces raisons, l’évaluation des aléas liés à l’effondrement des édifices et à la formation des avalanches des débris volcaniques mérite une attention particulière. Les caractéristiques physiques des composants des avalanches des débris ont une influence directe sur la dynamique de ce type d'écoulement. Les dépôts des avalanches de débris présentent une morphologie de surface composée des nombreuses collines (hummocks), qui montrent fréquemment les séquences volcaniques initiales, ce qui suggère un mécanisme de mise en place proche de celui des glissements de terrain. Cependant, d’autres dépôts présentent des crêtes allongées (rides) dont le mécanisme de formation est encore méconnu. Le volcan Tutucapa (sud du Pérou) a été affecté récemment par deux avalanches de débris. La plus ancienne, « Azufre », est d’âge Holocène et résulte de l’effondrement d’un complexe des dômes et d’une séquence volcanique altérée (hydrothermalisée) sous-jacente. La deuxième avalanche, « Paipatja », a eu lieu il y a seulement 200-230 ans BP et est associée à une grande éruption explosive du Tutupaca. Les dépôts de cette avalanche présentent notamment de nombreuses rides. Les deux dépôts d’avalanche montrent deux unités différentes : une unité inférieure, caractérisée par la présence des blocs altérés (hydrothermalisés) provenant de l’édifice basal, tandis que l’unité supérieure est constituée par des blocs du complexe de dômes actifs. Le travail de terrain montre que les rides de l’avalanche « Paipatja » présentent une forte variation de granulométrie entre leur partie centrale (enrichie en blocs grossiers) et leurs parties latérales, ce qui suggère un processus de ségrégation granulaire. Des expériences analogiques montrent que des écoulements de mélanges de particules des différentes tailles subissent un processus de ségrégation et de digitation granulaire qui engendre des rides par jonction de levées statiques qui délimitent un chenal d’écoulement. Le processus de formation des rides est facilité par de faibles différence de taille des particules dans des mélanges bidisperses. Ces résultats suggèrent que les rides observées au Tutupaca résultent d’un écoulement granulaire. Les principales caractéristiques morphologiques des structures formées lors de ces expériences de laboratoire ont été comparées qualitativement avec les structures observées dans les dépôts du Tutupaca. Les structures observées au Tutupaca montrent que deux mécanismes de mise en place peuvent coexister dans les avalanches de débris volcaniques : le glissement de blocs plus ou moins cohérents, et l’écoulement semblable à celui d’un matériau granulaire. Cela dépend probablement de la nature des différents matériaux à la source des avalanches. Cette information doit être prise en compte pour l’évaluation des aléas liés aux avalanches des débris car des mécanismes d’écoulement différents peuvent induire des fortes variations de la distance parcourue par ces avalanches. / Landslides occur in all mountainous terrain, where the rock strength is unable to support topographic loading. Volcanic rocks are particularly landslide prone, as they mix strong and weak lithologies and are highly pre-fractured. Also, volcanoes themselves, are peculiar mountains, as they grow, thus creating their own topographic instability. Magmatic activity also deforms the edifice, and hydrothermal activity reduces strength. For all these reasons, volcanoes need close consideration for hazards, especially for the landslide-derived rock avalanches. The characteristics and properties of different debris avalanche components influence their behavior during motion. Deposits are generally hummocky, preserving original layering, which indicates a slide-type emplacement. However, some deposits have ridged morphology for which the formation mechanisms are not well understood. Two recent debris avalanches occurred at the Tutupaca volcano (S Peru). The first one, “Azufre” is Holocene and involved the collapse of active domes and underlying older hydrothermally altered rocks. The second debris avalanche, “Paipatja” occurred 200-230 y BP and is associated with a large explosive event and this deposit is ridged. The excellent conservation state of the deposits and surface structures allows a comprehensive analysis of the ridges. Both deposits have two contrasting units: a lower basal edifice-derived hydrothermally-rich subunit and an upper dome-derived block-rich unit. Detailed fieldwork has shown that Paipatja ridges have coarser core material and are finer in troughs, suggesting grain size segregation. Using analog experiments, the process that allow ridge formation are explored. We find that the mixtures undergo granular segregation and differential flow that create fingering that forms ridges by junction of static léeves defining a channel flow. Granular segregation and fingering are favored by small particle size contrast during bi-dispersed flow. The results suggest that the ridges observed at Tutupaca are product of a granular flow We extract the morphological characteristics of the deposits of granular flows generated in the laboratory and make a qualitative comparison with the Tutupaca deposits. The description of the different landslide and debris avalanche features at Tutupaca shows that two types of debris avalanche motion can occur in volcanic debris avalanches: the sliding of blocks more or less coherent and a flow similar to a granular material. This probably depends on source materials and the conditions of different parts of the initial landslide. Such information should be taken into account when estimating hazards at other volcanic landslide sites, as the different behaviors may result in different run outs.

Dans ce travail, nous avons développé un système expert qui intègre les fonctions suivantes :i) l'identification des profils à partir des mesures sur les plasmas de tokamak, par les méthodes bayésiennes; ii) La prédiction des quantités reconstruites, selon les modèles choisis et; iii) une comparaison intelligente des résultats provenant des deux premières étapes. Ce système comprend une vérification systématique de la cohérence interne des quantités reconstruites, permet la validation automatique des modèles. Avec un modèle validé, il peut aider à la détection de nouveaux effets physique dans une expérience. Trois applications de ce système sont présentées dans ce travail. Le système expert peut détecter automatiquement les défauts dans la reconstruction des profils et fournir (lorsque la reconstruction est valide) des statistiques sur l'accord des modèles avec les données expérimentales, c'est à dire des informations sur la validité du modèle. / In this work we developed an expert system that carries out in an integrated and fully automated way i) a reconstruction of plasma profiles from the measurements, using Bayesian analysis ii) a prediction of the reconstructed quantities, according to some models and iii) an intelligent comparison of the first two steps. This system includes systematic checking of the internal consistency of the reconstructed quantities, enables automated model validation and, if a well-validated model is used, can be applied to help detecting interesting new physics in an experiment. The work shows three applications of this quite general system. The expert system can successfully detect failures in the automated plasma reconstruction and provide (on successful reconstruction cases) statistics of agreement of the models with the experimental data, i.e. information on the model validity.

Ce manuscrit présente l'étude et l'analyse d'écoulements de gaz raréfiés, induits par la transpiration thermique. Le terme de transpiration thermique désigne le mouvement macroscopique d'un gaz raréfié engendré par l'effet du seul gradient de température. L'aspect principal de ce travail est centré autour de la mesure du débit stationnaire déclenché en soumettant un micro tube à un gradient de température appliqué le long de son axe. On a développé à cet effet un appareillage expérimental original ainsi qu'une méthodologie expérimentale innovatrice basée sur la dépendance du phénomène, analysé dans son ensemble, à l'égard du temps. Les résultats obtenus pour le débit stationnaire initial de transpiration thermique et pour les paramètres thermo-moléculaires caractérisant l'équilibre final de débit nul, ont été comparés aux résultats obtenus numériquement par la résolution de l'équation cinétique modèle de Shakhov et par la méthode de simulation directe de Monte-Carlo. / This thesis presents the study and analysis of rarefied gas flows induced by thermal transpiration. Thermal transpiration refers to the macroscopic movement of rarefied gas generated by a temperature gradient. The main aspect of this work is centered around the measurement of the mass flow rate engendered by subjecting a micro-tube to a temperature gradient along its axis. In this respect, an original experimental apparatus and an original time-dependent experimental methodology was developed. The experimental results for the initial stationary thermal transpiration mass flow rate and for the final zero- flow thermal molecular parameters were compared with the results obtained from the numerical solution of the Shakhov model kinetic equation and the direct simulation Monte Carlo method.

Cette thèse concerne le diagnostic de processus dynamiques basée sur la Théorie des Observations Datées, une théorie mathématique conçue pour la modélisation et le raisonnement à partir de données datées. Les contributions présentées dans ce mémoire sont 1) une extension de la méthodologie d'ingénierie des connaissances TOM4D (Timed Observation Modeling for Diagnosis) aux réseaux de processus dynamiques, 2) l'algorithme temps réel et any-time TOM4E (Timed Observation Management for Explanation) qui utilise les modèles TOM4D pour diagnostiquer les comportements dans un réseau de processus dynamiques à partir de données datées et 3) l'application de TOM4D et TOM4E au diagnostic du barrage hydraulique des Sapins (France), un problème particulièrement difficile. TOM4D est une approche de diagnostic à partir de multiples modèles dirigée par la syntaxe ou l'introduction de la sémantique est contrôlée par la Combinaison de l'approche conceptuelle de CommonKADS au tétraèdre des états de la physique newtonienne. Les fonctions Detect, Describe et Explain de TOM4E utilisent les modèles d'observation déduit des modèles de comportement de TOM4D pour identifier les comportements potentiels des processus. Pour des raisons de simplicité, la présentation de TOM4D et de TOM4E est effectuée à l'aide d'un exemple didactique tirée de la littérature spécialisée dans le domaine du diagnostic. L'application au diagnostic du barrage des Sapins démontre l'intérêt de l'approche : leur usage aurait permis d'identifier le premier problème huit ans avant sa quasi-destruction, la présence d'eau étant mise en évidence sept ans avant. / This thesis proposes a diagnosis approach of dynamic process based on the Timed Observation Theory, a mathematical framework for modeling and reasoning about dynamic process from timed data. The contributions of this works are i) an extension of the TOM4D (Timed Observation Modeling for Diagnosis) Knowledge Engineering methodology to networks of dynamic processes, ii) a real-time and any-time diagnosis algorithm called TOM4E (Timed Observation Management for Explanation) that uses the TOM4D models to diagnose behaviors in a network of dynamic processes and iii) the application of TOM4D and TOM4E to the diagnosis of the French Sapin's hydraulic dam, a particularly difficult real-world diagnosis problem. TOM4D is a is a primarily syntax-driven approach of Multi-Model Based Diagnosis where semantic content is introduced in a gradual and controlled way through the combination of the CommonKADS conceptual approach and the Tetrahedron of States of Newton's physical laws.TOM4E algorithm is based on the Detect, Describe and Explain functions which uses observation models translated from the TOM4D behavioral models. For simplicity reasons, the presentation of TOM4D and TOM4E is made with a unique didactic example provided from the literature of the diagnosis domain. The example of Sapin's dam makes the demonstration of the interest of the proposed approach: using them, the first Sapin's dam problem would have been identified eight years before its quasi-failure, and the presence of water being highlighted seven years before.

Le Norte-Chico constitue une zone tampon ayant enregistrée les fluctuations climatiques quaternaires. La fraîcheur des modelés et des formes présents dans la haute cordillère de l’Elqui, va nous permettre de tenter d’expliquer le calendrier de mise en place des éléments du relief. Les indices de terrain nous permettent de mettre en évidence un enchaînement de processus faisant intervenir la notion de relais et de zones tampons dans le transit sédimentaire. Les crises morphogéniques à l’origine des formations de versant et de fond de vallée actuellement visibles résultent d’une réponse plus ou moins directe de l’orogène Andin aux épisodes climatiques ; par conséquent, les résultats obtenus sont confrontés aux résultats d’autres études et dans des sites proches ou non de notre lieu d’étude afin d’apporter des exemples et des arguments aux hypothèses actuelles sur l’évolution des conditions climatiques quaternaires du Norte-Chico. La complexité de la mise en place des éléments du relief nécessite en premier lieu une explication des différentes phases orogéniques ainsi que des évolutions morphoclimatiques ayant abouti à la mise en place des conditions actuelles. Ensuite, la méthodologie nécessaire au travail de terrain et à l’obtention de résultats cohérents est définie et expliquée. Une dernière partie est consacrée à la synthèse de l’enchaînement de mise en place des formations de fond de vallée ; les résultats de cette étude sont également replacés dans un débat scientifique plus large permettant d’appréhender les potentialités apportées par la géomorphologie dans l’étude des paléoenvironnements quaternaires dans le Norte-Chico comme à l’échelle planétaire. / Norte Chico is a buffer zone having registered Quaternary climatic fluctuations. The preservation of landforms and relief present in the Elqui cordillera, make it a rich geomorphological study area, which may provide answers to many of the assumptions Quaternary calendar climate of the region. Freshness and modeled forms present in the high Andes of Elqui, coupled with the presence of datable organic matter, will allow us to to explain the timing of implementation of the elements of relief. Field indices surveys allow us to highlight a series of processes involving the notion of relay and buffer zones in the sediment transport. Morphogenic crises originally training slope and valley floor currently visible result of a more or less direct answer of the Andean orogen to climatic events, so the results are compared with the results of other studies and in sites close or not our place of study to provide examples and arguments to current hypotheses on the evolution of the Quaternary climatic Norte Chico and multiscale way. The complexity of the implementation of the relief units, requires firstly an explanation of the different orogenic phases and developments morphoclimatic leading to the gradual development of current conditions. Second, the methodology necessary fieldwork and consistent results is defined and explained. A final section presents the synthesis of the series of training implementation valley bottom; the results of this study are also viewed in a broader scientific debate to apprehend the potential provided by the geomorphology in the Quaternary paleoenvironmental study of the Norte Chico as globally.

Ce travail porte sur le développement de modèles micromécaniques pour le calcul de la réponse homogénéisée de matériaux architecturés, en particulier des matériaux se présentant sous forme de treillis répétitifs. Les matériaux architecturés et micro-architecturés couvrent un domaine très large de de propriétés mécaniques, selon la connectivité nodale, la disposition géométrique des éléments structuraux, leurs propriétés mécaniques, et l'existence d'une possible hiérarchie structurale. L'objectif principal de la thèse est la prise en compte des nonlinéarités géométriques résultant des évolutions importantes de la géométrie initiale du treillis, causée par une rigidité de flexion des éléments structuraux faible en regard de leur rigidité en extension. La méthode dite d'homogénéisation discrète est développée pour prendre en compte les non linéarités géométriques pour des treillis quais périodiques; des schémas incrémentaux sont construits qui reposent sur la résolution incrémentale et séquentielle des problèmes de localisation - homogénéisation posés sur une cellule de base identifiée, soumise à un chargement contrôlé en déformation. Le milieu continu effectif obtenu est en général un milieu micropolaire anisotrope, dont les propriétés effectives reflètent la disposition des éléments structuraux et leurs propriétés mécaniques. La réponse non affine des treillis conduit à des effets de taille qui sont pris en compte soit par un enrichissement de la cinématique par des variables de microrotation ou par la prise en compte des seconds gradients du déplacement. La construction de milieux effectifs du second gradient est faite dans un formalisme de petites perturbations. Il est montré que ces deux types de milieu effectif sont complémentaires en raison de l'analogie existant lors de la construction théorique des réponses homogénéisées, et par le fait qu'ils fournissent des longueurs internes en extension, flexion et torsion. Des applications à des structures tissées et des membranes biologiques décrites comme des réseaux de filaments quais-périodiques ont été faites. Les réponses homogénéisées obtenues sont validées par des comparaisons avec des simulations par éléments finis réalisées sur un volume élémentaire représentatif de la structure. Les schémas d'homogénéisation ont été implémentés dans un code de calcul dédié, alimenté par un fichier de données d'entrée de la géométrie du treillis et de ses propriétés mécaniques. Les modèles micromécaniques développés laissent envisager du fait de leur caractère prédictif la conception de nouveaux matériaux architecturés permettant d'élargir les frontières de l'espace 'matériaux-propriétés' / The present thesis deals with the development of micromechanical schemes for the computation of the homogenized response of architectured materials, focusing on periodical lattice materials. Architectured and micro-architectured materials cover a wide range of mechanical properties according to the nodal connectivity, geometrical arrangement of the structural elements, their moduli, and a possible structural hierarchy. The principal objective of the thesis is the consideration of geometrical nonlinearities accounting for the large changes of the initial lattice geometry, due to the small bending stiffness of the structural elements, in comparison to their tensile rigidity. The so-called discrete homogenization method is extended to the geometrically nonlinear setting for periodical lattices; incremental schemes are constructed based on a staggered localization-homogenization computation of the lattice response over a repetitive unit cell submitted to a controlled deformation loading. The obtained effective medium is a micropolar anisotropic continuum, the effective properties of which accounting for the geometrical arrangement of the structural elements within the lattice and their mechanical properties. The non affine response of the lattice leads to possible size effects which can be captured by an enrichment of the classical Cauchy continuum either by adding rotational degrees of freedom as for the micropolar effective continuum, or by considering second order gradients of the displacement field. Both strategies are followed in this work, the construction of second order grade continua by discrete homogenization being done in a small perturbations framework. We show that both strategies for the enrichment of the effective continuum are complementary due to the existing analogy in the construction of the micropolar and second order grade continua by homogenization. The combination of both schemes further delivers tension, bending and torsion internal lengths, which reflect the lattice topology and the mechanical properties of its structural elements. Applications to textiles and biological membranes described as quasi periodical networks of filaments are considered. The computed effective response is validated by comparison with FE simulations performed over a representative unit cell of the lattice. The homogenization schemes have been implemented in a dedicated code written in combined symbolic and numerical language, and using as an input the lattice geometry and microstructural mechanical properties. The developed predictive micromechanical schemes offer a design tool to conceive new architectured materials to expand the boundaries of the 'material-property' space