Le tassement des sols est l'un des principaux processus de dégradation des sols en Europe. Il est principalement dû à la mécanisation des activités agricoles et forestières qui se traduit par des passages d’engins de plus en plus lourds, très souvent en conditions climatiques défavorables. La directive cadre pour la protection des sols en préparation envisage de demander aux Etats membres de l’Union Européenne de recenser les zones les plus sensibles au tassement en vue d’appliquer des mesures de prévention ou de réhabilitation. Le but de notre étude est de développer une méthode d’estimation des risques de tassement des sols et de l’appliquer à l’échelle de la France métropolitaine. La sensibilité des sols au tassement dépend du type de sol et augmente avec la teneur en eau. L’intensité du tassement dépend de la charge appliquée à la surface du sol. L’estimation des risques de tassement repose sur la fréquence d’occurrence d’une teneur en eau critique qui engendre une intensité de tassement pénalisant le fonctionnement des sols et des cultures. Elle fait appel à deux modèles : le modèle de culture STICS pour le calcul de l’évolution journalière de la teneur en eau des sols, le modèle de déformation COMPSOIL pour le calcul des teneurs en eau critiques en fonction des engins utilisés. Ces deux modèles sont appliqués sur la Base de Données Géographique des Sols de France au 1/1 000 000ème. Une amélioration du paramétrage du module hydrique de STICS adapté à cette base de données est proposée. Les risques de tassement des sols sont estimés pour trois périodes d’intervention au cours d’une culture de blé d’hiver ou de maïs : le semis, la fertilisation azotée et la récolte, en fonction de scénarios climatiques actuels et futurs. Plusieurs critères de définition d’un sol tassé et d’un risque de tassement ont été utilisés. La cartographie des risques de tassement (1) s’avère très sensible au choix de ces critères, (2) résulte de la combinaison des trois facteurs : type de sol, climat et système de culture, sans facteur prédominant. La méthodologie proposée, basée sur l’utilisation de modèles de fonctionnement hydromécanique, est bien adaptée à l’estimation des risques de tassement des horizons de surface des sols cultivés. Une caractérisation plus précise des propriétés mécaniques des sols français est à envisager pour réduire les incertitudes sur la cartographie des risques. / Soil compaction is one of the major processes of soil degradation in Europe. Compaction is mainly due to the mechanization ofagricultural and forest activities which involve use of increasingly heavy machines, even when the weather conditions may beunfavourable. The European Union Directive for soil protection in preparation will require for the Member States to zone soilcompaction risk for determining priority areas for soil prevention or soil improvement. In this context, the aim of this study is tobuild a methodology to soil compaction risk at national scale. The susceptibility of soil to compaction increases with the soil watercontent. The soil compaction risks are deduced from frequency of appearance of critical water content which implies systematiccompaction. Soil water content is estimated with the crop model STICS for 30 years on the whole French soils. Before simulations,we must (1) estimate critical water content as a function of soil and applied stress; (2) parameterize the hydraulic module of STICSso that it is adapted to the whole French soils; (3) parameterize the mechanical functioning of French soils. The results are mappedwith the Soil geographical data base of France at 1/1 000 000. The compaction risks are thus estimated for three periods of farmingoperation during winter wheat and maize cultivation: soil conditioning/sowing, nitrogenous fertilising and harvest for present andfuture climates. These three operations are characterized by the applied stress and the climatic conditions. Several criteria definingcompacted soil and compaction risk were used. Maps of soil compaction risk appeared sensitive to these criteria and also showed that compaction risk is resulting from the interaction of three factors: soil types, climate and farming systems without any dominating.The proposed methodology based on use of hydraulic and mechanical models is well adapted to the estimation of compaction risk for cultivated topsoil. But, mechanical properties for French soils must be characterised more precisely in future to limit uncertainties in the mapping of soil compaction risk.

L'étude et la mesure des propriétés de la neige occupent les scientifiques depuis presque un siècle, et ce, pour de nombreuses raisons [1]. Entre autres, pour en savoir davantage sur le fonctionnement des avalanches [2], pour comprendre l'hydrologie de certaines régions [3], pour étudier les changements climatiques [4] ou encore pour étudier les populations de lemmings [5]. Le vent et des gradients de température présents dans le manteau neigeux influencent la structure et les propriétés physiques macroscopiques de la neige tout au long de l'hiver [6]. Actuellement, aucun appareil n'est capable de monitorer l'ensemble de ces changements. Cependant, quelques appareils optiques ont été conçus pour caractériser certains paramètres influençant le transfert radiatif : la surface spécifique SSA, le paramètres d'amplification de l'absorption B et le paramètre d'asymétrie g [7] [8] [9]. Ceux-ci sont limités à faire des mesures d'intensité pouvant déterminer un seul paramètre par géométrie. Les autres paramètres sont ensuite estimés, pouvant induire des erreurs de 10% à 15% sur les données obtenues [10] [11] [8]. Rendre ces appareils sensibles à la polarisation leurs permettraient de faire directement des mesures en intensité et en polarisation évitant ainsi de devoir recourir à des estimations. Pour cela, la polarisation doit varier différemment de l'intensité aux propriétés d'un manteau neigeux et ne pas dépendre de d'autres propriétés inconnues. De nombreux travaux de recherche ont tenté de trouver un lien entre la polarisation et les propriétés de la neige, mais aucun n'a réussi à déterminer d'équation analytique [12] [13] [14] [15] [16]. Ce travail de recherche permet d'investiguer si l'introduction de la polarisation dans un appareil optique pourrait permettre d'introduire un nouveau type de mesure aidant ainsi à la caractérisation des quatre paramètres ciblés. Pour cela, l'effet de chacun des paramètres SSA, ρ, g et B sur la polarisation est étudié. D'abord, l'effet de la forme des cristaux via la variation des paramètres B et g est étudié en concevant des tracés de rayons pour une particule unique. Il est déterminé que ces paramètres varient beaucoup avec la polarisation et que le transfert radiatif, pour une particule donnée, de la polarisation dépend de la forme polarisée de B et g. Ainsi, en généralisant pour un milieu poreux, le transfert radiatif des rayons polarisés dépendrait des formes polarisées de B et g. Par conséquent, la polarisation ne peut être utilisée lorsque la forme des cristaux de neige peut varier, à moins qu'un lien entre les formes non-polarisées et les formes polarisées de B et g existe. Ensuite, les paramètres ρ et SSA sont étudiés dans un milieu neigeux en concevant des tracés de rayons Monte-Carlo et dans un milieu diphasique. Les deux types de tracés de rayons convergent très bien lorsque le paramètre de taille x < 5000 et que la porosité φ < 0.5. L'intensité (I) et le degré de polarisation (DOP) sont étudiés sous plusieurs géométries en transmission et en réflexion. Pour des cristaux peu absorbants (µₐ ≪ µʹₛ), il est vu que le DOP varie en fonction de la SSA et ρ dans le domaine asymptotique de diffusion comme DOP(z) ∝ e [exposant SSA∗ρ∗z], où z est la distance entre la source et le détecteur. Cette relation semble s'avérer indépendante des géométries testées. L'effet de l'absorption est aussi étudié, mais aucune équation n'a permis de caractériser son effet. Cependant, il a été démontré que, pour un milieu peu absorbant (µₐ ≪ µʹₛ), le DOP est indépendant de µₐ et, par conséquent, de la variation de B à la polarisation. Des tests en laboratoire sur des volumes de billes de vitre sont faits pour confirmer la relation DOP(z) ∝ e [exposant SSA∗ρ∗z]. Il est démontré que pour les trois plus petites tailles de billes, l'effet de l'absorption est négligeable sur le DOP (µₐ ≪ µʹₛ). En utilisant les résultats de laboratoire, il est démontré qu'une mesure de polarisation et d'intensité permet de déterminer ρ et SSA d'un milieu poreux. Cette méthode est seulement valide dans l'approximation de l'optique géométrique (x ≪ 100), pour un milieu peu absorbant et pour une forme de particules connue.

Le réchauffement climatique par son ampleur et sa complexité, pose plusieurs points d'interrogation sur l'avenir de notre planète. Un des moyens proposés pour ralentir ce processus est la réduction de la production des gaz à effet de serre. Les domaines de la réfrigération essaient de se renouveler pour répondre aux nouvelles normes écologiques et l'une des alternatives les plus prometteuses est la réfrigération magnétique reposant sur l'effet magnétocalorique. Ce mémoire porte sur la recherche de nouveaux matériaux magnétoréfrigérants à large zone de travail et s'inscrit directement dans cet enjeu environnemental et économique qui vise à remplacer les systèmes de réfrigération classiques dans un futur proche. Dans un premier temps, nos travaux de recherche se sont focalisés sur les alliages Gd-Tb : différentes nuances de ces alliages permettraient d'élargir le domaine de travail en température. Leurs propriétés magnétocaloriques ont été déterminées et une première étude sur leur comportement en corrosion a été débutée dans différents fluides caloporteurs. Enfin, l'optimisation de leur mise en forme a été réalisée pour leur emploi dans le prototype de la société Cooltech Applications. Dans un second temps, nous avons étudié des composés monophasés comme les composés dérivant de Mn3GaC ou de Mn3Sn2 qui présentent plusieurs transitions magnétiques successives leurs conférant ainsi une large zone de travail. De nombreuses substitutions ont été réalisées simultanément sur les sites Mn et Sn du composé Mn3Sn2 continuant les travaux menés au sein de l'équipe sur Mn3Sn2 et ses dérivées depuis 2006 / The global warming by its scale and its complexity puts several questions on the future of our planet. One of the ways proposed to slow down this process is the reduction of the production of greenhouse gases. The domains of the refrigeration try to be renewed to answer the new ecological standards and one of the most promising alternatives is the magnetic refrigeration based on the magnetocaloric effect. This report concerns the research of new magnetorefrigerants with large temperature span and joins directly in this environmental and economic stake which aims at replacing the classic systems of refrigeration in a near future. At first, this research works focused on Gd-Tb alloys: various nuances of these alloys would allow to widen the temperature range. Their magnetocaloric properties were determined and a first study on their behavior in corrosion was begun in various coolants. Finally, the optimization of their shaping was realized for their use in the prototype of Cooltech Applications company. Secondly, we studied single-phase compounds as derivatives of Mn3GaC or Mn3Sn2 which present several successive magnetic transitions and thus a large temperature span. A lot of substitutions were simultaneously realized on the Mn and Sn sites of the compound Mn3Sn2 continuing the works led within the team on Mn3Sn2 and its derivatives since 2006

Nous avons développé un modèle biomécanique dans le but de quantifier et de comparer les stratégies cinétiques de l’épaule et du coude de personnes saines et de personnes présentant un syndrome d’abutement de l’épaule (SAÉ). Compte tenu de la biomécanique particulière au SAÉ, nous nous attendions d’observer une différence dans les stratégies cinétiques des deux groupes, surtout lorsque la tâche nécessitait l’implication de la coiffe des rotateurs. Dix sujets avec SAÉ et 11 sujets contrôles ont été testés. À l’aide d’une rétroaction visuelle sur un écran d’ordinateur, le sujet devait atteindre une cible correspondant à une force isométrique équivalant à 40% de la force maximale volontaire (avant l’apparition de la douleur). Le sujet devait faire cette tâche pour 8 directions dans le plan frontal (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°). Pour un droitier, la direction 0° est à droite selon l’axe horizontal. De plus, les valeurs positives suivent le sens antihoraire. Le modèle biomécanique et la mesure de la force isométrique permettent de calculer les contributions des moments de force de l’épaule et du coude pendant une tâche coordonnée. Indépendamment de la direction de la force isométrique, le groupe présentant le SAÉ était en mesure d’atteindre la cible, mais il nécessitait plus de temps que le groupe contrôle. Comparativement aux sujets sains, les sujets avec SAÉ montraient une contribution moindre du moment de force rotatoire de l’épaule (rotation interne ou externe) lorsque la cible était à 0° ou à 225°. Toutefois, les patients avaient une plus grande contribution du moment de force en abduction/adduction de l’épaule pour les cibles situées à 0°, 135° et 180°. Enfin, lorsque la cible était à 315°, les sujets avec SAÉ montraient une diminution de la contribution du moment de force de flexion/extension du coude. Globalement, l’utilisation du modèle biomécanique a permis de démontrer que, pour certaines directions dans le plan frontal, les sujets avec SAÉ utilisent une stratégie cinétique différente des sujets sains pour générer une force isométrique lors d’une tâche coordonnée. Ces observations s’expliquent en partie par les problèmes reliés à la coiffe des rotateurs dans le SAÉ. / A biomechanical model was used to quantify the kinetic strategy of the shoulder and the elbow joints. Joint torques were estimated to verify the effect of the subacromial impingement syndrome (SIS) during isometric force task by comparing healthy people with injured people. The biomechanical model was tested with 2 groups: people with SIS (n = 10) and a control group (n = 11). The task was to generate, as quickly and as accurately as possible, an isometric force corresponding to 40% of the maximal voluntary contraction (without pain) in the frontal plan to reach a visual target. There were eight target positions (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° and 315°). Each target location required a different combination of elbow and shoulder torques. The biomechanical model and the measurement of the isometric forces allowed us to calculate the kinetic strategy of the shoulder and the elbow. The results showed that regardless of the target location, the group with SIS was able to reach the target but needed more time to reach the target compared to the control group. Concerning the kinetic strategies, the patients, in contrast to healthy participants, needed lower rotational shoulder torque contribution to reach the target located at 0° and 225° and they had a greater abduction/adduction torque contribution when the targets were located at 0°, 135° and 180°. Finally, patients with impingement syndrome had lower elbow flexion/extension torque contribution when the target was located at 315°. Overall, the biomechanical model demonstrated that, for some target positions, the patients used different kinetic strategy than healthy participants to reach the target.

Titre de l'écran-titre (visionné le 2 mai 2023) / Les bétons renforcés de fibres à ultra-hautes performances (BFUP) sont une nouvelle classe de composites de ciment aux propriétés mécaniques et de durabilité exceptionnelle qui inspirent la créativité architecturale, tout en prolongeant la durée de vie des bâtiments et des structures. Cette thèse vise à introduire de nouveau BFUP écologique avec des structures à faible teneur en ciment et des outils avancés pour tenir compte des défis industriels qui limitent l'utilisation du BFUP, en particulier l'architecture de formes complexes, telles que la distribution des fibres. Premièrement, les propriétés mécaniques d'un nouveau BFUP écologique à faible teneur en ciment qui a été récemment développé à l'Université Laval seront caractérisées dans cette étude en mettant l'accent sur des essais d'extraction et des essais de flexion. Ensuite, nous couplons la méthode d'inductance magnétique (MIM) et la méthode des éléments finis (FEM) pour tenir compte de la distribution des fibres afin de prédire le comportement en traction et en flexion du BFUP avec différentes distributions de fibres. Une vaste campagne expérimentale a été menée sur le test d'arrachement de fibre unique, le test de traction directe et le test de flexion à quatre points sur des éléments architecturaux aux formes complexes. Les méthodes de moulage ont également été variées pour comprendre l'effet de la distribution et de l'orientation des fibres. Sur la base des résultats présentés, ce travail a développé et validé avec succès un outil MIM-FEM pour prédire le comportement en traction du BFUP en tenant compte de la distribution non uniforme des fibres. En particulier, les éléments complexes de X-connexion d'un projet de passerelle futuriste pour le Québec sont utilisés pour évaluer les outils développés et leurs limites. Le présent travail offre une nouvelle direction pour favoriser les projets d'applications de BFUP au Québec pour améliorer leur fiabilité contre la distribution de fibres ainsi que pour introduire de nouveau BFUP à faible émission de carbone. / Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) are a new class of cement composites with outstanding mechanical and durability properties which inspires architectural creativity, while extending the life of buildings and structures. This thesis aims to introduce novel ecological UHPFRC with low cement structures and advanced tools to account for industrial challenges which limit the use of UHPFRC, especially architecture of complex forms, such as the fiber distribution. Firstly, the mechanical properties of a new ecological UHPFRC with low cement which was recently developed at Laval Université will be characterized in this study with emphasis on pull-out tests and bending tests. Then, we couple the magnetic inductance method (MIM) and Finite Element Methods (FEM) to account for the fiber distribution to predict the tensile and bending behavior of UHPFRC with different fiber distributions. A wide experimental campaign was carried out on single fiber pull-out tests, direct tensile tests and four-point bending tests, along with bending tests on architectural elements with complex shapes. The casting methods were also varied to understand the effect of fiber distribution and orientation. Results from this work show the successful development and validation of MIM-FEM tool to predict the tensile UHPFRC behavior by considering a non-uniform fiber distribution. In particular, the complex X-connection elements of a futuristic footbridge project for Quebec is used to evaluate the tools developed and their limitations. The present work opens a new direction to foster UHPFRC applications projects in Quebec to enhance their reliability against the fiber distribution effects as well as for introducing novel UHPFRC with low carbon.

Le développement de nanocomposites thermoconducteurs à base de caoutchouc est une tâche difficile pour diverses technologies modernes, allant des appareils électroniques à l'industrie du pneu. La présente étude est concentrée sur les propriétés thermiques et mécaniques de composites de caoutchouc naturel chargés avec des additifs à base de carbone, notamment du noir de carbone, des nanotubes de carbone, de l'oxyde de graphène réduit et des nanoplaquettes de graphène. En raison de la faible conductivité thermique du caoutchouc, des concentrations élevées de divers additifs thermoconducteurs sont nécessaires. Cependant, cela a un impact significatif sur le comportement mécanique des matériaux finaux, ce qui limite leur application. Dans ce scénario difficile, nous avons cherché à améliorer la conductivité thermique et les propriétés mécaniques (y compris les propriétés en traction, la dureté, les propriétés dynamiques, etc.) de nanocomposites à base de caoutchouc en exploitant des systèmes de charges hybrides à base de carbone. Nous avons aussi modifié la surface de ces charges pour améliorer leur interaction avec la matrice en caoutchouc dans le but de créer un réseau continu de charges à travers la matrice. La première partie de la thèse (chapitre 2) décrit l'effet de l'ajout de l'oxyde de graphène réduit (RGO) sur la conductivité thermique et les propriétés mécaniques de caoutchouc. Le RGO a d'abord été synthétisé en utilisant la méthode Hummer améliorée. Ensuite, il a été pré-dispersé dans du latex naturel en utilisant la technique de co-coagulation puis mélangé à la formulation de référence à différentes teneurs (0-2 parties pour cent en caoutchouc (phr))à l'aide d'un mélangeur interne. Pour une concentration de RGO de 2 phr, les résultats ont montré que la densité de réticulation des nanocomposites caoutchouc/RGO développés avait augmenté de 65% par rapport à la formulation de base. Une augmentation significative de la résistance à la traction (53%) et du module de Young (31%) a été observée pour la même concentration en RGO. Enfin, il a été observé que l'ajout de seulement 0.5 phr de RGO avait entraîné une amélioration considérable (26%) de la conductivité thermique. Dans la deuxième partie de la thèse (chapitre 3), l'effet d'un système de charges hybride (noir de carbone/nanotubes de carbone multi-parois, MWCNT) sur les propriétés mécaniques et la conductivité thermique des nanocomposites développés a été étudié. En raison de la différence de forme entre le noir de carbone et les MWCNT, ainsi que de l'adsorption des agents de réticulation à la surface des MWCNT, il a été observé que le temps de cuisson (vulcanisation) (t₁₀) et celui de cuisson optimal (t₉₀) de la matrice en caoutchouc augmentaient progressivement avec l'augmentation de la teneur en MWCNT. Enfin, en remplaçant 5 phr de noir de carbone par la même concentration en MWCNT, des améliorations significatives de la conductivité thermique et des propriétés mécaniques ont été obtenues grâce aux propriétés intrinsèques des MWCNT et à leur synergie avec le noir de carbone. En outre, les modules à 100% et 300% de déformation (M@100 et M@300) des nanocomposites développés ont respectivement augmenté de 72% et 54%. Dans la troisième partie de la thèse (chapitre 4), la modification de surface des MWCNT a été réalisée pour améliorer le comportement mécanique dynamique des nanocomposites correspondants et trouver un ratio optimal de charges menant à des propriétés mécaniques et thermiques améliorées. Les résultats ont montré l'effet positif de l'oxydation de la surface des MWCNT sur la dispersion des charges et les propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites. La dernière partie de la thèse (chapitre 5) a été consacrée à l'étude de l'effet synergique des systèmes hybrides de charges (noir de carbone/nanoplaquettes de graphène, GNPs) dans lequel les GNPs (GNP-M25, GNP-C300 et GNP-C750) présentaient différentes surfaces spécifiques et différents rapports d'aspect. Les résultats ont montré que la surface spécifique de la charge et son rapport d'aspect jouent un rôle vital dans la production d'un réseau de charges conducteur. L'incorporation du GNP-M25 ayant une dimension latérale la plus élevée parmi les trois GNPs étudiés permettait de développer un nanocomposite ayant une conductivité thermique plus élevée. D'autre part, à une concentration élevée (5 phr), la synergie entre GNPs-M25 et le noir de carbone était élevée, entraînant une meilleure dispersion des charges et une plus faible dissipation d'énergie. / Creating effective thermally conductive rubber nanocomposites for heat management is a challenging task for various modern technologies, from electronic devices to the tire industry. This study focused on the thermal and mechanical properties of natural rubber nanocomposites filled with carbon-based fillers, including carbon black, carbon nanotubes, reduced graphene oxide (RGO), and graphene nanoplatelets. Due to the poor thermal conductivity of rubber materials, high loadings of various thermally conductive fillers are required. However, this significantly impacts the final materials' mechanical behavior, limiting their application. In this challenging scenario, we aimed to enhance the thermal conductivity and mechanical properties (including tensile properties, hardness, dynamic mechanical properties, etc.) of rubber-based nanocomposites by exploiting hybrid carbon-based filler systems and suitable filler surface modification to improve the formation of continuous filler's network through the natural rubber (NR) matrix. The first part of the thesis (chapter 2) describes the effect of adding RGO to the natural rubber's thermal conductivity and mechanical properties. RGO was first synthesized using an improved Hummer method. Then, RGO pre-dispersed in natural rubber latex using the co-coagulation technique was added to a reference formulation in various contents (0-2 parts per hundred rubber (phr)), and compounded using an internal mixer. It was observed that the crosslink density of the developed natural rubber/RGO nanocomposites increased by 65% for RGO concentration of 2 phr. A significant increase in tensile strength (53%) and Young's modulus (31%) was observed for the same RGO concentration. Ultimately, the addition of only 0.5 phr of RGO resulted in a considerable improvement (26%) in thermal conductivity. In the second part of the thesis (chapter 3), the effect of the carbon black/multiwall carbon nanotubes (MWCNT) hybrid filler system on the mechanical properties and thermal conductivity of the nanocomposites was studied. Because of the shape difference between carbon black and MWCNT and the adsorption of curing agents onto the MWCNT, the scorch time (t₁₀) and optimum curing time (t₉₀) gradually increased with increasing MWCNT content. Finally, by substituting 5 phr of carbon black with MWCNT, significant improvements in thermal conductivity and mechanical properties were achieved due to the intrinsic properties of MWCNT and its synergy with carbon black. Moreover, the modulus at 100% and 300% strain (M@100 and M@300) increased by 72% and 54%, respectively. In the third part of the thesis (chapter 4), the surface modification of MWCNT was carried out to improve the dynamic mechanical behavior of the natural rubber/MWCNT nanocomposites to find an optimum fillers ratio having suitable mechanical and thermal properties. The results showed the positive effect of MWCNT surface oxidation on the fillers' dispersion and nanocomposites' properties. The last part (chapter 5) focused on the synergistic effect between carbon black and GNPs hybrid fillers with different surface areas and aspect ratios (GNPs-M25, GNPs-C300, and GNPs-C750). The results showed that the specific surface area of filler and its aspect ratio play a vital role in producing a conductive filler network. GNPs-M25 with a higher lateral dimension led to the highest consistency and denser conductive network inside the NR nanocomposite compared to GNPs-C300 and GNPs-C750. On the other hand, higher substitution increased the synergy of hybrid fillers, resulting in better filler dispersion and less energy dissipation.

Ce travail se place dans le contexte de développement de nouveaux textiles ignifugés dédiés au recouvrement de sièges pour le secteur ferroviaire. Il porte plus particulièrement sur l’amélioration des propriétés au feu du poly (éthylène téréphtalate) (PET) par addition en voie fondue de retardateurs de flammes. Un mélange synergique d’additifs basé sur la littérature a été sélectionné (phosphinates de zinc et nanocharges OctaMethyl POSS) et a permis l’élaboration de multifilaments en PET ignifugé avec une teneur en additifs d’environ 10 % en masse. D’autres systèmes ignifugés à base de phosphinates de zinc ou d’aluminium et différents POSS ont été également étudiés. Les matériaux élaborés ont montré des comportements au feu distincts qui semblent liés d’une part à la dégradation thermique des nanocharges et les composés qu’ils libèrent et d’autre part aux réactions entre les POSS et le métal présent dans les additifs phosphorés. L’élaboration de multifilaments à taux de charges élevés (20 % en masse) a été étudiée avec des phosphinates de zinc ou d’aluminium qui sont respectivement fusibles et infusibles. Les modifications du comportement rhéologique du PET en présence des additifs ont étaient diminuées par l’incorporation du poly (butylène téréphtalate) (PBT). Des travaux sur l’ignifugation des textiles par mélange de fibres ou par enduction ont été menés et ont conduit à des résultats intéressants et complémentaires à l’étude par voie de filage. Les aspects de compatibilité et d’état de dispersion entre additifs et polymère et leur impact sur les propriétés physiques des matériaux fibreux ont été également étudiés. / This work is dealing with the development of fire resistant covering textiles for railway field. It particularly concerns the improvement of poly (ethylene terephthalate) (PET) fire properties by melt blending fire retardants. Based on literature, a synergistic blend of additives has been selected (zinc phosphinates and OctaMethyl POSS nanofillers) and processed into PET multifilaments with 10% of loading content. Other fire resistant systems combining zinc or aluminium phosphinates with different POSS has been also studied. The developed materials showed distinct fire behaviours which could be related in one hand, to the released species of POSS through thermal degradation and on the other hand, to reactions between POSS and the metal element on the phosphorus-containing agent. The elaboration of highly loaded multifilaments (20 wt.%) has been studied with zinc or aluminium phosphinates which are respectively fusible and infusible. Rheological modifications occurred when fillers are added to PET and incorporation of poly (butylene terephthalate) (PBT) diminished the observed phenomena. Works on textile fire retardancy by fibres blending or back coating has been led and gave interesting results. Compatibility and dispersion state of fillers on polymer and their impact on the fibrous materials physical properties has been also studied.

The subject of this thesis is twofold: (i) to contribute to the understanding of the phase transformations and mechanical properties of TRIP-assisted multiphase steels; (ii) to show to what extent a new TRIP-assisted multiphase steel with a reduced silicon content could meet the performance requirements for high-strength formable steels. It enlightens the correlations between Processing, Microstructure and Properties. Furthermore, the different investigations carried out in this thesis will aim at comparing what can be called a conventional high silicon TRIP-assisted multiphase steel with a newly proposed low silicon TRIP-assisted multiphase steel.

The subject of this thesis is twofold: (i) to contribute to the understanding of the phase transformations and mechanical properties of TRIP-assisted multiphase steels; (ii) to show to what extent a new TRIP-assisted multiphase steel with a reduced silicon content could meet the performance requirements for high-strength formable steels. It enlightens the correlations between Processing, Microstructure and Properties. Furthermore, the different investigations carried out in this thesis will aim at comparing what can be called a conventional high silicon TRIP-assisted multiphase steel with a newly proposed low silicon TRIP-assisted multiphase steel.

Dans le procédé d'électrolyse Hall-Héroult pour la production d'aluminium primaire, l'anode de carbone est utilisée comme une électrode positive. Par rapport aux autres matériaux carbonés dans l'industrie, les anodes sont consommées dans les cuves d'électrolyse. Ainsi, des anodes de haute qualité sont nécessaires pour maintenir la durabilité du fonctionnement, ce qui augmente considérablement l'efficacité du procédé d'électrolyse. L'une des solutions prometteuses pourrait être de contrôler et d'améliorer la qualité des anodes via ses processus de production. Dans la production d'anode, la cuisson des anodes est considérée comme l'étape la plus coûteuse ainsi que la cause la plus fréquente des problèmes d'anode. Formée artificiellement par un procédé de compactage/vibro-compactage, une anode verte est constituée d'un mélange de carbone et de pores. Les mélanges de carbone sont généralement composés d'agrégats de coke pétrolier (? 65 wt.%), de brai de goudron (? 15 wt.%) et de mégots d'anode recyclés (? 20 wt.%). Le processus de cuisson transforme une anode verte en anode précuite. Au cours de ce processus, le brai de goudron se carbonise en liant les agrégats de coke et dégage de légers gaz volatils de sorte qu'un système solide-gaz du mélange anodique se forme. Quatre facteurs qui conduisent à modifier les propriétés et les structures internes de l'anode de la cuisson peuvent être résumés comme suit: i) les charges externes des anodes supérieures; ii) la dilatation thermique induite par le transfert de chaleur; iii) la dilatation causée par l'augmentation de la pression dans les pores due au processus de pyrolyse du brai et iv) la contraction chimique due au processus de pyrolyse du brai. Par conséquent, le processus de cuisson des anodes nécessite une compréhension approfondie des mécanismes qui régissent les évolutions des propriétés du mélange anodique à des températures plus élevées. Dans ce projet, un modèle thermo-chimio-poromécanique est développé pour la cuisson de l'anode en utilisant la théorie des milieux poreux réactifs basée sur la théorie des mélanges, et ce dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversible. À cet effet, une variable d'état interne appelée "indice de contraction" est définie pour caractériser la progression chimique de la pyrolyse du brai dans le squelette anodique et l'inégalité de Clausius-Duhem est développée selon le formalisme lagrangien. En introduisant un tenseur de déformations de Green-Lagrange réduit, une énergie lagrangienne libre est formulée pour dériver l'ensemble des équations d'état. Ensuite, la dissipation thermodynamique de ce mélange solide-gaz est dérivée et un modèle constitutif reliant la pyrolyse chimique au comportement mécanique est réalisé. Un potentiel de dissipation est défini pour assurer la non-négativité de la dissipation thermodynamique et pour obtenir les lois de comportement visqueux. Les équations de champ régissant la diffusion des gaz volatils et le transfert de chaleur à travers le corps du mélange drainant sont dérivées à partir de l'équilibre entropique. Du plus, afin d'acquérir une meilleure connaissance de la modélisation du processus de cuisson, les propriétés physiques et le comportement mécanique du mélange anodique à haute température ont été caractérisés expérimentalement. À cette fin, quatre caractérisations expérimentales principales ont été réalisées: 1) une mesure pycnométrique à l'hélium a été réalisée à température ambiante pour mesurer la densité réelle pycnométrique de la pâte d'anode cuite à différentes températures; 2) une analyse thermogravimétrique (TGA) a été réalisée pour obtenir la perte de masse de l'anode due à la réaction chimique de la pyrolyse du brai à haute température; 3) la dilatométrie a été réalisée pour trois objectifs: i) caractériser les déplacements dues à la dilatation thermique et à la pyrolyse chimique de l'anode de carbone; ii) identifier le coefficient d'expansion thermique (CET) de l'anode aux températures élevées et iii) estimer l'évolution du changement de volume en fonction de la température et 4) une caractérisation du comportement de fluage a été réalisée pour étudier les comportements viscoélastique et viscoplastique de la pâte d'anode à haute température. En outre, la perméabilité à l'air des anodes cuites à différentes températures a été mesurée par le partenaire industriel Alcoa Deschambault pour estimer l'évolution de la porosité ouverte en fonction de la température. À cette fin, une méthode de compactage améliorée pour la fabrication d'échantillons d'anode à l'échelle du laboratoire a été proposée pour satisfaire aux exigences d'un échantillon qui a une densité apparente uniforme. En utilisant les résultats expérimentaux obtenus, les paramètres liés à la cinétique de la pyrolyse et aux lois de comportement développées ont été identifiés par une méthode inverse. Ils comprennent: 1) les paramètres cinétiques impliqués dans la réaction de pyrolyse tels que l'énergie d'activation et le facteur pré-exponentiel; 2) le coefficient d'expansion thermique à différentes températures et 3) les coefficients de Lamé et "Lamé-like" liés au modèle de Burger qui décrit le comportement viscoélastique-viscoplastique de l'anode à haute température. Enfin, en utilisant l'indice de contraction, l'évolution de la pression dans les pores fermées de la matrice liante a été estimée. Les propriétés physiques et mécaniques ont été réexprimées en fonction de l'indice de contraction afin de refléter l'influence de la transformation physico-chimique et des couplages chimico-mécaniques sur les propriétés de l'anode de carbone pendant la cuisson. / In the Hall-Héroult process for the production of primary aluminium, the carbon anode is used as a positive electrode. Compared with other industrial carbonaceous materials, the anodes are highly consumed in the electrolysis cell. Thus, high-quality anodes are required to maintain the sustainability of operation, which substantially increases the efficiency of the electrolysis process. One of the promising solutions could be controlling and improving the anode quality via its production process. In anode production, the anode baking is considered as the most cost-intensive stage as well as the most frequent cause of anode problems. Artificially formed by the compaction/vibrocompaction process, a green anode mixture consists of carbon mixtures and pores. The carbon mixtures are typically composed of petroleum coke aggregates (? 65 wt.%), the coal tar pitch (? 15 wt.%) and the recycled anode butts (? 20 wt.%). The baking process transforms a green anode into a prebaked anode. During this process, the coal tar pitch carbonises binding the coke aggregates and discharges light binder volatile such that a solidgas system of the anode mixture is formed. Four factors that lead to the modification of the properties and internal structures of the anode can be summarised as follows: i) external loadings from upper anodes; ii) the thermal expansion induced by the heat transfer; iii) the expansion of the apparent volume caused by the pore pressure increase due to the pitch pyrolysis process and iv) the chemical shrinkage due to the pitch pyrolysis process. Therefore, the anode baking process calls for a deep understanding of mechanisms that govern the properties evolution of the anode mixture at high temperatures. In this project, a thermo-chemo-poromechanical model is established for the baking anode by using the theory of reactive porous media based on the theory of mixtures within the thermodynamic framework. For this purpose, an internal state variable called "shrinking index" is defined to characterize the chemical progress of the pitch pyrolysis in the anode skeleton and the Clausius-Duhem inequality is developed according to the Lagrangian formalism. By introducing a reduced Green-Lagrange strain tensor, a Lagrangian free energy is formulated to find a set of state equations. Then, the thermodynamic dissipation for this pyrolyzing solidgas mixture is derived and a constitutive model linking the chemical pyrolysis with the mechanical behaviour is achieved. A dissipation potential is defined to ensure the non-negativeness of the thermodynamic dissipation and to obtain the constitutive laws for viscous behaviours. Field equations governing the volatile diffusion and the heat transfer through the draining mixture body are derived from the entropy balance. Furthermore, to gain a better knowledge in modelling the baking process, physical properties and mechanical behaviours of the anode mixture at high temperatures were experimentally characterized. For this purpose, four main experimental characterizations were achieved: 1) helium-pycnometric measurement was carried out at room temperature to measure the real pycnometric density of the anode paste; 2) thermogravimetric analysis (TGA) was performed to obtain the mass loss of the anode due to the chemical reaction of the pitch pyrolysis at high temperatures; 3) dilatometry was realized for three purposes: i) to characterize displacements due to the thermal expansion and the chemical shrinkage of carbon anode; ii) to identify the thermal expansion coefficient (TEC) of the anode at high temperatures and iii) to estimate the evolution of the volume change with respect to the temperature and 4) characterization of creep behaviour was achieved to investigate the viscoelastic and viscoplastic behaviours of the anode paste at high temperatures. Additionally, the air permeability of the anodes baked up to different high temperatures were measured by our industrial partner Alcoa Deschambault to estimate the evolution of open porosity as a function of temperature. To this end, an improved compaction method for the fabrication of lab-scale anode samples was proposed to satisfy the requirement of a sample with apparent uniform density. By using obtained experimental results, parameters involved in the kinetics of pyrolysis and the developed constitutive laws were inversely identified. They include: 1) kinetic parameters involved in the pyrolysis reaction such as the activation energy and the pre-exponential factor; 2) thermal expansion coefficients at different high temperatures; and 3) Lamé and Lamé-like coefficients involved in the Burger's model which describes the viscoelastic-viscoplastic behaviours of the anode at high temperatures. Finally, using the shrinking index, the pressure evolution in pores entrapping the volatile was estimated. Some mechanical properties were re-expressed as a function of the shrinking index to reflect the influences of physio-chemical transformation and chemo-mechanical couplings on the properties of the carbon anode mixture during the baking process.