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.

Cette thèse de doctorat porte sur la modélisation numérique du comportement des sables à l'aide de la loi de comportement NorSand-aUL. Cette loi, développée dans le cadre de ce projet de recherche, est une évolution du modèle NorSand spécifiquement adaptée à la modélisation du comportement des sables soumis à des sollicitations cycliques. La révision des performances de NorSand sous différents types de sollicitations (triaxial compression, cisaillement simple statique et cyclique, cisaillement à direction et ratio des contraintes principales contrôlés) a permis l'identification de certains points faibles du modèle, rendant ses modélisations du comportement des sables sous sollicitations cycliques insatisfaisantes. Afin de corriger ces lacunes, deux groupes de modifications ont été proposés. D'abord, la théorie de l'état critique anisotrope a été implémentée dans NorSand, afin d'y créer une dépendance vis-à-vis du type et de la direction des chargements. Cette modification a grandement amélioré les performances du modèle pour la modélisation du comportement encisaillement simple statique. La deuxième modification proposée s'est articulée autour de la formulation d'une nouvelle mécanique de génération de la plasticité lors du déchargement des sables. L'existence d'une deuxième surface de plasticité, nichée à l'intérieur de la surface de plasticité originale de NorSand, a été postulée. Les capacités de modélisation d'une version de NorSand incorporant cette nouvelle mécanique ont été confirmées grâce à la modélisation d'essais triaxiaux drainés et non drainés comprenant des phases de déchargement. Les deux modifications proposées au modèle NorSand au cours de ce projet de recherche ont finalement été agrégées pour mener à la formulation de NorSand-aUL. Ce nouveau modèle a été utilisé pour la modélisation d'essais de cisaillement simple cyclique effectués sur deux sables. Ces modélisations ont démontré les gains réalisés, particulièrement pour les essais effectués sur sable lâche, par rapport aux performances antérieurement obtenues à l'aide de la version originale de NorSand. Des axes de recherche future ont été proposés afin d'améliorer les performances de NorSand-aUL, notamment pour la modélisation du comportement des sables denses soumis à des sollicitations cycliques. / This PhD thesis deals with the numerical modelling of sand behaviour using the NorSandaUL constitutive law. This law, developed as part of this research project, is an evolution ofthe NorSand model specifically adapted to the modelling of sand behaviour under cyclicloading. The review of NorSand's performance under various types of loading (triaxial compression, static and cyclic simple shear, fixed principal stress direction and fixed principal stress ratio) has allowed the identification of certain weak points in the model, making its behaviour modellings under cyclic loading unsatisfactory. In order to address these short comings, two groups of modifications were proposed. First, the anisotropic criticalstate theory was implemented in NorSand, in order to create a dependency on the type and direction of loading. This modification greatly improved the performance of the model for predicting static simple shear behavior. The second proposed modification focused on the formulation of a new mechanics for the generation of plasticity during unloading. The existence of a second yield surface, nested within the original NorSand yield surface, was postulated. The modelling capabilities of a version of NorSand incorporating this new mechanics were confirmed by satisfactory modelling results of drained and undrained triaxialtests which included unloading phases. The two modifications to NorSand proposed over the course this research project were eventually aggregated to lead to the formulation of NorSand-aUL. This new model was used to model cyclic simple shear tests for two sands. These modelling results demonstrated the gains made, particularly for tests conducted on loose sands, compared to the performance previously obtained using the original version of NorSand. Areas for future research were proposed to improve the performance of NorSandaUL, particularly in modelling the behaviour of dense sands under cyclic loading.

Ce travail évalue le comportement mécanique des matériaux cimentaires à différentes échelles de distance. Premièrement, les propriétés mécaniques du béton produit avec un bioplastifiant à base de microorganismes efficaces (EM) sont etudiées par nanoindentation statistique, et comparées aux propriétés mécaniques du béton produit avec un superplastifiant ordinaire (SP). Il est trouvé que l’ajout de bioplastifiant à base de produit EM améliore la résistance des C–S–H en augmentant la cohésion et la friction des nanograins solides. L’analyse statistique des résultats d’indentation suggère que le bioplastifiant à base de produit EM inhibe la précipitation des C–S–H avec une plus grande fraction volumique solide. Deuxièmement, un modèle multi-échelles à base micromécanique est dérivé pour le comportement poroélastique de la pâte de ciment au jeune age. L’approche proposée permet d’obtenir les propriétés poroélastiques requises pour la modélisation du comportoment mécanique partiellement saturé des pâtes de ciment viellissantes. Il est montré que ce modèle prédit le seuil de percolation et le module de Young non drainé de façon conforme aux données expérimentales. Un metamodèle stochastique est construit sur la base du chaos polynomial pour propager l’incertitude des paramètres du modèle à travers plusieurs échelles de distance. Une analyse de sensibilité est conduite par post-traitement du metamodèle pour des pâtes de ciment avec ratios d’eau sur ciment entre 0.35 et 0.70. Il est trouvé que l’incertitude sous-jacente des propriétés poroélastiques équivalentes est principalement due à l’énergie d’activation des aluminates de calcium au jeune age et, plus tard, au module élastique des silicates de calcium hydratés de basse densité. / This work assesses the mechanical behavior of cement-based materials through different length scales. First, the mechanical properties of concrete produced with effective microorganisms (EM)-based bioplasticizer are investigated by means of statistical nanoindentation, and compared to the nanomechanical properties of concrete produced with ordinary superplasticizer (SP). It is found that the addition of EM-based bioplasticizer improves the strength of C–S–H by enhancing the cohesion and friction of solid nanograins. The statistical analysis of indentation results also suggests that EM-based bioplasticizer inhibits the precipitation of C–S–H of higher density. Second, a multiscale micromechanics-based model is derived for the poroelastic behavior of cement paste at early age. The proposed approach provides poroelastic properties required to model the behavior of partially saturated aging cement pastes. It is shown that the model predicts the percolation threshold and undrained elastic modulus in good agreement with experimental data. A stochastic metamodel is constructed using polynomial chaos expansions to propagate the uncertainty of the model parameters through different length scales. A sensitivity analysis is conducted by post-treatment of the meta-model for water-to-cement ratios between 0.35 and 0.70. It is found that the underlying uncertainty of the effective poroelastic proporties is mostly due to the apparent activation energy of calcium aluminate at early age and, later on, to the elastic modulus of low density calcium-silicate-hydrate.

Les maladies cardiovasculaires représentent une des principales causes de décès dans le monde et différentes actions sont en place depuis des décennies pour comprendre les mécanismes d’action de ces maladies et leur impact sur le corps humain. Dans l’optique de venir en aide aux personnes souffrant de ces maladies, le génie tissulaire vasculaire émerge comme une technologie prometteuse afin de favoriser la régénération des tissus et des organes endommagés. Cependant, les modèles issus du génie tissulaire, en plus d’être biologiquement et chimiquement comparables au tissu natif, doivent également présenter des propriétés mécaniques permettant aux modèles de répondre aux différentes fonctions physiologiques. Dans cette optique, il est nécessaire de concevoir, optimiser et développer une série d’essais permettant de vérifier les performances mécaniques des constructions regénérées. De nombreuses approches ont été déployées dans ce domaine contenant chacune ses avantages et ses inconvénients, mais il n’existe pas, à l’heure actuelle, aucun standard sur le protocole des essais mécaniques à préconiser avec un échantillon spécifique. Dans ce contexte, le projet de ce mémoire a été de concevoir et de valider des protocoles de caractérisation mécanique non-conventionnels appliqués spécifiquement à des tissus vasculaires. Tout d’abord, un protocole pour la caractérisation mécanique de gels de collagène en configuration plane à été développé. Ensuite, ce protocole à été étendu pour la modélisation numérique afin d’étudier l’applicabilité d’un modèle poro-viscoélastique. Par la suite, des protocoles expérimentaux ont été développés afin de permettre la densification de gel de collagène ainsi que leur caractérisation mécanique. Enfin, une caractérisation expérimentale d’aortes de souris calcifiées à été réalisée. Dans son ensemble, l’étude exécutée dans le cadre de cette maîtrise à permis l’approfondissement des connaissances dans le domaine de la caractérisation mécanique des tissus mous viscoélastiques. Ce mémoire présente également d’autres techniques de caractérisation mécanique pour différents types de tissus vasculaires. D’autres protocoles de tests développés dans le cadre de collaboration avec d’autres groupes de recherche sont décrits dans ce mémoire. / Cardiovascular diseases represent one of the principal causes of death worldwide. It is therefore of high importance to improve our understanding of their mechanisms of action and their impact on health. To help people suffering from these diseases, tissue engineering is emerging as a promising technique for developing regenerated constructs to replace diseased tissues and organs. However, apart from being biologically compatible, the developed construct also needs to have mechanical properties like the one of native tissues. It is therefore necessary to perform mechanical characterization on the tissue engineered construct to validate its suitability. When it comes to mechanical characterization, a lot of approaches are used by different research groups as there is absolutely no standard in this field. In this context, the objective of this thesis is to develop and validate non-conventional mechanical characterization protocols specific to soft tissues for vascular application. First, a testing protocol was developed to characterize disk-shaped collagen gel samples. Secondly, the same collagen gel, but in tubular geometry, were densified and also characterized. Finally, a mechanical testing protocol and device was developed in order to characterize very small caliber blood vessels, such as mouse aortas. This thesis also presents other techniques for mechanical characterization used for vascular tissue, as along with protocols developed in the process of external collaboration with different research groups.

Cette étude décrit un élément clef du projet COSTA-Canada (Continental Slope Stability), visant à étudier la dynamique d'écoulement de mouvements de masse sous-marins. C'est maintenant bien connu que les glissements sous-marins sont beaucoup plus mobiles et impliquent de plus grands volumes de sédiments que leurs homologues subaériens. Lorsqu'on est confronté aux risques naturels de nature géologique, il est important de bien comprendre l'influence des caractéristiques rhéologiques sur les glissements subaériens et sous-marins. En effet, les glissements sous-marins représentent un danger pour les vies humaines et les biens, et aussi un risque potentiel de tsunamis. Dans la phase post-rupture, le sol peut faire l'expérience de grandes déformations sous certaines plages de contraintes de cisaillement. Ce phénomène peut réduire la résistance au cisaillement du sol lors du cisaillement avec ajout d'eau. Les caractéristiques des sédiments sont contrôlées par leurs propriétés rhéologiques. Il est clair que le comportement visqueux du sol est ainsi dominant sur le frottement dans le cas des mouvements de masse sous-marins. Il reste encore plusieurs points importants à éclaircir, comme la caractérisation des matériaux composant la coulée et les limites critiques des matériaux visqueux et granulaires. Le comportement rhéologique peut également être influencé par la granulométrie, la minéralogie, et la salinité. De plus, les liens structuraux peuvent avoir un impact significatif sur les propriétés rhéologiques. Ce comportement est aussi relié à l'effet de la viscosité pseudo-Newtonienne. Afin d'examiner des paramètres géotechniques et rhéologiques, trois groupes de sols ont été choisis : (1) matériau non-gonflant; (2) matériau gonflant; (3) matériau silteux. En plus, la compatibilité entre des modèles rhéologiques bien connus et les donnés expérimentales a été étudiée. Les principales contributions que cette thèse amène sont: (1) une estimation simple de plages possibles des propriétés rhéologiques pour différentes granulométries; (2) une meilleure compréhension des comportements rhéologiques des matériaux gonflants et silteux dans un mouvement de masse sous-marin comparé aux matériaux non-gonflants; (3) une meilleure compréhension des transformations de la coulée lors d'infiltration d'eau causant l'augmentation de la mobilité du mouvement de masse sous-marin; (4) une évaluation du seuil d'écoulement et de la viscosité critiques déterminant le passage de l'état remanié à l'état fluide. / This study describes one of the key objectives of the COSTA-Canada (Continental Slope Stability) project, which aims at studying the flow dynamics of submarine mass movements. It is now well known that submarine landslides are much more mobile and tend to involve larger volumes than subaerial landslides. When dealing with natural geo-hazards it is important to understand the influence of flow characteristics on the subaerial and subaqueous mass movement. Indeed, submarine landslides represent a significant hazard to the property and life as well as the potential tsunamis hazard. In the post-failure stage, the soil could experience a large deformation within a certain range of shear rates. This process can reduce the inherent shear strength during mixing with ambient water. As a result, the characteristics of sediments are most likely governed by the rheological properties. Therefore it seems clear that the viscous effects are dominant rather than frictional behavior in subaqueous debris flows. There are still many important questions that need answering: for example, the characterization of the material from which the flow is composed and the critical limit from viscous to granular behavior. Also, the rheological behavior can be influenced by the grain size, mineralogy, and salinity. In addition, the structural bondings at low shear rate can have a significant impact on the rheological properties. It is also related to the effect of pseudo-Newtonian viscosity. To investigate the geotechnical and rheological properties, three groups of soils were selected for convenience : (1) non-swelling material ; (2) montmorillonite-rich material ; (3) silt-rich material. Furthermore, the compatibility of well-known rheological models on the experimental data was examined. The main contributions of this thesis are : (1) a simple estimate of possible range of rheological properties with respect to the grain sizes and/or liqudity indices; (2) a better understanding of rheological behaviors of swelling and silt-rich materials in submarine mass movements compared to the non-swelling materials; (3) a better understanding of flow transformation due to water infiltration causing the high mobility in submarine mass movements; (4) an evaluation of the critical yield stress and plastic viscosity to transform from remoulded into fluidized state.

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

Ce mémoire porte sur l’application de la modélisation du massif rocheux synthétique (SRM) à la caractérisation du massif rocheux fracturé de la fosse Tiriganiaq du projet minier Meliadine. Les conditions structurales in-situ ont été représentées à l’aide de la modélisation des systèmes de fractures (FSM). Les résultats ont permis de définir un volume élémentaire représentatif (REV) du massif rocheux égal à 7,5 m x 15 m x 7,5 m. L’approche a également permis de quantifier l’impact de la variation des propriétés géométriques du FSM sur le comportement mécanique du massif. Les analyses paramétriques des propriétés géométriques du SRM font ressortir que le comportement du massif rocheux est particulièrement sensible à une variation de l’intensité des fractures (P32), de l’aire des fractures et du pendage de la foliation. De plus, la résistance en compression uniaxiale est fortement anisotrope.

Les revêtements de couvre-planchers en bois appliqués en surface afin d'améliorer la durabilité du bois sont soumis à de nombreuses sollicitations au cours de leur durée de vie en service. Parmi les différents types d'agressions (chimiques, mécaniques, environnementales) auxquelles un revêtement doit faire face, les agressions mécaniques sont les plus problématiques. Ces dernières peuvent créer des défauts en surface de la finition (rayures, indentations, usure) pouvant considérablement altérer l'aspect de la finition et réduire la durabilité du couvre-plancher. L'apparition de défauts en surface d'un système de finition peut indiquer une performance mécanique trop faible. L'objectif principal de ce projet est d'améliorer les propriétés mécaniques des revêtements polymérisables par rayonnement UV pour les couvre-planchers en bois à travers l'analyse et la compréhension de leurs comportements physico-chimiques. Deux axes de recherche ont été définis. Le premier traite de l'inhibition causée par l'oxygène, lors de la polymérisation radicalaire, impactant la surface des revêtements, et l'utilisation de nouveaux composés permettant de réduire cette action inhibitrice. Le second axe a pour objectif d'améliorer la résistance mécanique de systèmes de finitions multicouches et de mieux comprendre l'influence des propriétés apportées individuellement par les différentes couches. Dans le premier axe, une étude a été menée afin de caractériser les problématiques liées à l'inhibition de l'oxygène. Des analyses en microspectroscopie Raman ont permis d'étudier l'impact de l'inhibition par l'oxygène selon sa profondeur de diffusion. De nouveaux composés n'ayant jamais été utilisés pour la réduction de l'inhibition par l'oxygène ont été incorporés selon leurs fonctions chimiques et leur effet supposé lors de la polymérisation en présence d'oxygène. Leur capacité à réduire l'inhibition a été comparée à celle d'autres composés déjà décrits dans la littérature, mais utilisés selon d'autres conditions opératoires. En plus de comparer l'efficacité de ces composés lors de la polymérisation des formulations, leur impact sur la résistance mécanique de la finition a été considéré. L'action de l'oxygène étant limitée par sa diffusion au sein de la formulation, l'inhibition est généralement plus importante en surface des revêtements. Des essais d'abrasion de surface et de dureté pendule ont permis de compléter cette étude en comparant l'efficacité des composés. Le deuxième axe vise à approfondir la compréhension du comportement de finitions multicouches, lorsque soumis à des indentations ou des rayures. Dans un premier temps, la relation structure-propriété d'une finition a été analysée par la formulation de couples monomère-oligomère. Les propriétés physico-chimiques, telles que la température de transition vitreuse (Tg) et la densité de réticulation, des polymères seuls ont été déterminées par analyse mécanique dynamique (DMA). Dans un second temps, les formulations ont été appliquées en couche de surface. La dureté, la résistance à l'abrasion, la résistance à la rayure et la résistance à la friction de la couche de surface au sein d'un système de finition appliqué sur le bois ont été étudiées. Les résultats obtenus ont permis une meilleure compréhension du comportement de la couche de surface lors de sollicitations mécaniques. Une meilleure perception des paramètres influençant la performance mécanique de la couche de surface au sein d'un système de finition multicouche industriel a ainsi pu être acquise. Afin d'approfondir la compréhension du comportement d'un système de finition multicouche, l'influence des propriétés de la couche de scellant a, elle aussi, été étudiée. A nouveau, les propriétés physico-mécaniques des formulations réticulées individuellement ont été analysées par DMA. Par la suite, l'influence des propriétés du scellant sur la dureté et la résistance à la rayure d'une finition multicouche a pu être évaluée. Le rôle du scellant étant d'absorber et de diffuser une partie des forces subies par les couches de surface, l'influence de l'épaisseur du scellant a également été étudiée. De plus, l'influence des scellants sur le profil des rayures à la surface des systèmes de finition, a été observée par profilométrie de surface. Une corrélation entre l'épaisseur totale de scellant appliquée et la profondeur moyenne des rayures a pu être établie. L'influence des propriétés des différentes formulations appliquées sur la résistance aux rayures a pu aussi être étudiée. À l'épaisseur maximale appliquée, les produits ayant un réseau plus dense résistent mieux aux rayures en présentant une plus petite profondeur de pénétration. / Coatings for wood flooring, applied on the wood surface to enhance its durability, undergo numerous mechanical stresses during their lifetime. Among the various damages (chemical, mechanical, environmental) that coatings have to resist to, mechanical damages are the most problematic. Mechanical damages can generate failures at the surface of the finish (scratches, indentations, wear) that can significantly affect the finish aspect and reduce the flooring's durability. The formation of surface failures may indicate insufficient mechanical properties. The main objective of this work is to enhance the mechanical properties of UV-curable coatings for wood flooring and to better understand their physicochemical behavior. Two research axes were defined. The first one concerns the oxygen inhibition of the UV-curable acrylate polymerization that affects the coating surface and the use of several new compounds able to reduce oxygen inhibition. The main objective of the second axis was to improve the mechanical performances of multilayered finishing system and to was used to distinguish the impact of inhibition caused by oxygen according to the depth of oxygen diffusion. Products never used to reduce the oxygen inhibition were added to formulations, according to their chemical nature and their supposed effect on oxygen inhibition. Their efficiency was then compared to the efficiency of several compounds, already described in the literature, but under different experimental conditions. In addition to the comparison of the compounds' efficiency during the formulations polymerization, their effect on the mechanical properties of the coating was considered. As the influence of oxygen is limited by its diffusion in the formulation, the inhibition is generally higher at the coatings surface. Abrasion tests and pendulum hardness helped to complete the study and give a broader discernment of the compounds' efficiency. The main purpose of the second axis was to deepen the comprehension of multilayered finish systems behavior when submitted to mechanical loads. First, the structure-property relationship of finishing systems was analyzed by formulating monomer-oligomer couples applied as topcoats. Physico-chemical properties, such as glass transition temperature (Tg) and crosslinking density (CLD), were measured by dynamic mechanical analysis (DMA). Secondly, topcoat hardness, abrasion, scratch and friction resistances were determined. These results enabled a better understanding of the topcoat behavior when exposed to various mechanical loads. A better perception of the parameters influencing the topcoat mechanical. In order to investigate further the finishing system mechanical behavior, the influence of the basecoat properties was evaluated. Once again, the physico-chemical properties of the formulations were analyzed separately by DMA. Then, the influence of the basecoat properties on hardness and scratch resistance of a multilayered finish was determined. As the role of the basecoat is to absorb and diffuse partly the mechanical loads endured by surface layers, the impact of basecoat thickness was also investigated. Moreover, the effect of the basecoats on the scratch profile was examined by surface profilometry. A correlation between the basecoat thickness and the mean depth of scratches was obtained. The influence of the various formulation properties on the scratch resistance was also demonstrated. At the maximal thickness applied, basecoat having a denser polymeric network withstand better scratches as they showed a lower mean scratch depth.

Traditionnellement, le procédé de mise en forme par métallurgie des poudres permettait la fabrication de pièces relativement complexes ne nécessitant peu ou pas d'opérations secondaires d'usinage. Toutefois, avec la diversité actuelle de ce procédé, au moins 30% de ces pièces requièrent une ou plusieurs opérations d'usinage afin d'atteindre les exigences géométriques demandées en service. L'usinage de ces pièces, particulièrement celles fabriquées à partir d'acier autotrempant, est cependant limité étant donné les complications qui en découlent. L'usinage de pièces à cru fabriquées par métallurgie des poudres est une alternative intéressante afin de diminuer les coûts de production et d'ainsi concurrencer les autres procédés de mise en forme. Depuis les années 90, des procédés de fabrication ont été développés dans le but d'augmenter la résistance des pièces à cru et de rendre l'usinage de ces dernières envisageable. Toutefois, avant d'utiliser industriellement ce type d'usinage, certaines considérations doivent être étudiées. Cette thèse vise à caractériser et à optimiser l'usinabilité, selon diverses opérations d'usinage, de pièces de haute résistance à cru fabriquées par métallurgie des poudres. La durée de vie d'outils de coupe, de même que les effets de l'usure de ces derniers sur l'usinabilité des pièces à cru, ont également été caractérisés. Les propriétés mécaniques de pièces usinées à cru ont été mesurées suite à l'opération de frittage et comparées à celles de pièces usinées conventionnellement, c'est-à-dire après le frittage. Par ailleurs, des copeaux recueillis lors de l'usinage de pièces à cru ont été ajoutés un mélange de poudres de composition similaire pour la fabrication de nouvelles pièces. Les résultats ont montré qu'une vitesse de rotation suriacique élevée et une vitesse d'avance faible améliorent l'usinabilité des pièces à cru. Par exemple, en perçage, la taille de la zone où des particules ont été arrachées est de 115 um pour une vitesse de rotation surfacique de 140 m/min (7000 tour/min) et pour une vitesse d'avance de 0,0254 mm/r. Cette taille d'arrachement, mesurée lors des essais de perçage, est environ la moitié de celles répertoriées dans la littérature. La durée de vie des outils de coupe en usinage à cru est largement supérieure à celle mesurée lors de l'usinage de pièces frittées. Toutefois, lorsque la pointe de l'outil se détériore, la qualité des pièces usinées diminue. Par exemple, pour une opération de dressage, la taille moyenne de la zone d'arrachement est de 150 um lorsqu'un outil neuf est utilisé alors que cette taille augmente à 300 um pour une usure d'outil de 0,20 mm. Les essais mécaniques effectués sur des pièces frittées ayant subies une opération d'usinage à cru ont montré que les propriétés mécaniques de ces pièces sont similaires à celles mesurées sur des pièces usinées conventionnellement. De plus, les résultats montrent que 20%-poids de copeaux obtenus lors de l'usinage de pièces à cru peut être mélangé à un mélange de poudres de même composition sans en affecter les propriétés de mise en œuvre et les propriétés après frittage. / Traditionally, the powder metallurgy process allowed manufacturing components with relatively complex geometries requiring little machining operations. However, with the current diversity of this process, approximately 30% of these components require one or more machining operations to reach geometrical conformances. Unfortunately, the machining of powder metallurgy components, particularly those made from sinter-hardenable steel powders, is limited due to poor machinability of the latter. The machining of green powder metallurgy components is an attractive process to reduce production costs and to compete with other shaping processes. During the last decade, different strategies were developed to increase the strength of green powder metallurgy component enabling the machining of the latter. However, before using this type of machining in an industrial environment, certain considerations must be studied and optimized. This thesis is aimed at characterizing and optimizing the machinability of high green strength powder metallurgy components for various machining operations. The cutting tool life, as well as the effects of the tool wear on the machinability of green components, are also characterized. Powder metallurgy components machined in their green state were sintered and then subjected to mechanical tests to compare their sintered strength to that of components machined conventionally, i.e. after sintering. The results showed that a high surface speed and a low feed rate improve the machinability of green powder metallurgy components. For example, in drilling, the average width of breakouts is 115 um when a surface speed of 140 m/min (7000 rpm) and a feed rate of 0,0254 mm/r are used. Such width of breakouts, measured during the drilling tests, is approximately one half of those presented in the literature. The tool life of the cutting tool in green machining is largely higher than that measured during the machining of sintered components. However, for a worn cutting tool, the quality of the machined components decreases. In facing, the average width of breakouts is 150 um for a brand new cutting tool while this width of breakouts increases to 300 um for a worn one (tool wear: 0,20 mm). Mechanical tests done on sintered parts having undergone an operation of green machining showed that the mechanical properties of these parts are similar to those measured on components machined conventionally. Results showed that 20 wt.% of chips reclaimed during the machining of green specimens can be admixed to a similar premix without affecting of the compaction and the sintered properties.

Les matériaux de friction les plus populaires pour les applications de plaquettes de frein d’éolienne sont les composites à matrice métallique à base de cuivre fabriqués par la méthode de métallurgie des poudres. D'une part, le cuivre a une bonne conductivité thermique et disperse adéquatement la chaleur générée lors du freinage. D'autre part, la métallurgie des poudres permet une addition facile de diverses poudres avec une distribution uniforme, tout en limitant la ségrégation et les réactions indésirables. Ces matériaux incorporent des renforts (additifs) dans diverses fractions volumiques pour contrôler le coefficient de frottement, la résistance à l'usure ainsi que les propriétés mécaniques. La simple sélection de renforts selon diverses proportions n’est pas suffisante pour obtenir les propriétés mécaniques et tribologiques souhaitées. les propriétés suivants des additifs ont des effets significatifs sur les caractéristiques mécaniques et tribologiques de ces matériaux: leur 1) dureté, 2) résistance, 3) réactivité de surface, 4) taille, 5) forme, 6) ténacité et la conductivité thermique ainsi que 7) leurs liaisons à la matrice et les propriétés de leur interface avec la matrice. Ce projet porte une attention particulière à la modification des liaisons entre les additifs et la matrice et au choix des additifs de bons taille, forme et type. Ce travail de recherche met en évidence le développement d'une large gamme de nouveaux matériaux de friction pour les plaquettes de frein qui peuvent être adaptés à différentes applications en fonction des propriétés tribologiques et mécaniques requises. La comparaison avec le matériau commercial existant est présentée en termes de coefficient de frottement (COF), de taux d'usure et de propriétés mécaniques. Les nouvelles formulations permettent de réduire le taux d'usure moyen d’environ 6 fois et d'augmenter le COF de 55% allant de 0,28 à 0,43. La charge de cisaillement maximale et la dureté Brinell peuvent augmenter respectivement jusqu’à 3,5 fois et 47%. / The most popular friction materials for brake pad applications are copper-based metal matrix composites fabricated with the powder metallurgy process. On the one hand, copper has good thermal conductivity and disperses heat generated during braking. On the other hand, powder metallurgy (PM) allows easy addition of various powder additives with even distribution and limits segregation and undesirable reactions. These materials incorporate reinforcements (additives) in various volume fractions in order to control the coefficient of friction, wear resistance, and mechanical properties. To achieve the desired mechanical and tribological properties, selection of additives with their respective proportion is not sufficient. Hardness, strength, surface reactivity, size, shape, toughness, and thermal conductivity of the additives, as well as their adhesion strength to the matrix and the properties of their interface with the matrix have significant effects on the mechanical and tribological characteristics of the friction materials. Particular focus is made on modifying the bonds between the additives and the matrix and choosing the additives with the right size, shape, and chemistry. This research highlights the development of a wide range of novel PM brake pad lining materials, which can be tailored to different applications depending on the required tribological and mechanical properties. A comparison with existing commercial material is presented in terms of the coefficient of friction, wear rate, and mechanical properties. The new formulations allow reduction of the average wear rate by 6 times and increase the COF by 55 % ranging from 0.28 to 0.43. In addition, the maximum shear load and Brinell apparent hardness can increase by 3.5 times and 47 %, respectively.