Les stents coronariens métalliques dégradables émergent comme une alternative possible aux stents permanents fabriqués à partir de métaux résistants à la corrosion comme l'acier inoxydable 316L. Le fer pur est un candidat intéressant pour les stents dégradables en termes de propriétés mécaniques, de dégradation et de biocompatibilité. Ce projet est le premier à étudier la faisabilité d’utiliser l'électroformage pour produire le fer comme matériau structural dans les stents dégradables. Dans ce projet, un processus de dépôt électrolytique a d’abord été développé. Les couches de fer produites ont une microstructure fine, une limite élastique élevée ainsi qu’une résistance à la traction ayant des valeurs comparables à celles de l'acier inoxydable 316L. Un traitement thermique de recuit à 550 ˚C pendant 1 h a produit une recristallisation dans le fer et a amélioré sa ductilité de 8 à 18 %. Des tests de corrosion par polarisation potentiodynamique et par immersion statique et dynamique ont permis l’étude de la dégradation du fer électroformé en solution de Hank. Il a été montré que le fer électrodéposé se corrode plus rapidement que le fer Armco ® déjà implanté comme stents biodégradables. L'effet de la densité de courant en tant que paramètre de l'électroformage sur la microstructure et la dégradation de fer a aussi été étudié. L’étude de diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD) a montré que différentes microstructures, y compris la taille des grains et la texture, peuvent être produites à différentes densités de courant de 1 à 10 A dm-2. Le plus haut taux de dégradation a été obtenu pour le fer fabriqué à 5 A dm-2, car celui-ci possède la plus petite taille de grains et ceux-ci sont équiaxes avec des orientations aléatoires qui présentent un plus grand volume de joints de grains entraînant un taux de dégradation plus rapide. Enfin, le procédé d’électroformage a été appliqué avec succès pour la fabrication de mini-tubes de fer. Les mini-tubes de fer ont été électroformés sur les échantillons cylindriques d’étain qui ont été décollés par fusion du substrat après le processus. Les mini-tubes ont ensuite été utilisés pour la fabrication de stents de fer par découpe au laser. Les stents de fer ont montré une taille moyenne des grains de 5 µm après recuit et décapage à l'acide. Cette taille du grain est plus fine que celle généralement obtenue pour des stents SS 316L et pourrait fournir des propriétés mécaniques élevées et une dégradation ciblée pour les stents de fer électroformés. / Degradable metallic coronary stents have emerged as possible alternatives for permanent stents fabricated from corrosion-resistant metals such as 316L stainless steel (316L SS). Pure iron has shown to be an interesting candidate for degradable stents in terms of mechanical properties, degradation and biocompatibility. This project is the first to investigate the feasibility of using electroforming process for production of iron for degradable stents where the material is used for a load-bearing application. In this project, firstly, an electroforming process was developed. The produced iron foils showed a fine microstructure and high yield and tensile strength were also obtained comparable to those of 316L SS. Annealing at 550˚C for 1h induced recrystallization in iron and improved its ductility from 8 to 18%. The investigation of the degradation of electroformed iron in Hank’s solution using potentiodynamic polarization, static immersion and dynamic degradation tests showed that it corrodes faster than Armco® iron previously investigated for degradable stents. The effect of current density as an electroforming parameter on the microstructure and thereby the degradation of iron was also studied. Electron backscatter diffraction (EBSD) showed that different microstructures including grain size and texture were produced at different current densities from 1-10 A dm-2. The highest degradation rate was obtained for iron fabricated at 5 A dm-2 since it possesses small grain size and equiaxed grains with random orientations providing more grain boundary volume can be held responsible for its faster degradation rate compared to the other iron samples. Finally, the electroforming process was successfully applied for the fabrication of iron tubes. Iron tubes were electroformed on Sn cylinders which were separated from them by melting after the process. The tubes were then used for the fabrication of iron stents by laser-cutting. Iron stents fabricated from electroformed tubes demonstrated an average grain size of 5 µm after annealing and acid-pickling. This grain size is finer than what usually obtained for 316L SS stents and could potentially provide high mechanical properties and targeted degradation for electroformed iron stents.

Le bois subit une demande croissante comme matériau de construction dans les bâtiments de grandes dimensions. Ses qualités de matériau renouvelable et esthétique le rendent attrayant pour les architectes. Lorsque comparé à des produits fonctionnellement équivalents, il apparait que le bois permet de réduire la consommation d’énergie non-renouvelable. Sa transformation nécessite une quantité d’énergie inférieure que l’acier et le béton. Par ailleurs, par son origine biologique, une structure en bois permet de stocker du carbone biogénique pour la durée de vie du bâtiment. Maintenant permis jusqu’à six étages de hauteur au Canada, les bâtiments de grande taille en bois relèvent des défis de conception. Lors du dimensionnement des structures, les zones des connecteurs sont souvent les points critiques. Effectivement, les contraintes y sont maximales. Les structures peuvent alors apparaitre massives et diminuer l’innovation architecturale. De nouvelles stratégies doivent donc être développées afin d’améliorer la résistance mécanique dans les zones de connecteurs. Différents travaux ont récemment porté sur la création ou l’amélioration de types d’assemblage. Dans cette étude, l’accent est mis sur le renforcement du bois utilisé dans la région de connexion. L’imprégnation a été choisie comme solution de renfort puisque la littérature démontre qu’il est possible d’augmenter la dureté du bois avec cette technique. L’utilisation de cette stratégie de renfort sur l’épinette noire (Picea Mariana (Mill.) BSP) pour une application structurale est l’élément de nouveauté dans cette recherche. À défaut d’effectuer une imprégnation jusqu’au coeur des pièces, l’essence peu perméable de bois employée favorise la création d’une mince couche en surface traitée sans avoir à utiliser une quantité importante de produits chimiques. L’agent d’imprégnation est composé de 1,6 hexanediol diacrylate, de triméthylopropane tricacrylate et d’un oligomère de polyester acrylate. Une deuxième formulation contenant des nanoparticules de SiO2 a permis de vérifier l’effet des nanoparticules sur l’augmentation de la résistance mécanique du bois. Ainsi, dans ce projet, un procédé d’imprégnation vide-pression a servi à modifier un nouveau matériau à base de bois permettant des assemblages plus résistants mécaniquement. Le test de portance locale à l’enfoncement parallèle au fil d’un connecteur de type tige a été réalisé afin de déterminer l’apport du traitement sur le bois utilisé comme élément de connexion. L’effet d’échelle a été observé par la réalisation du test avec trois diamètres de boulons différents (9,525 mm, 12,700 mm et 15,875 mm). En outre, le test a été effectué selon un chargement perpendiculaire au fil pour le boulon de moyen diamètre (12,700 mm). La corrélation d’images numériques a été utilisée comme outil d’analyse de la répartition des contraintes dans le bois. Les résultats ont démontré une portance du bois plus élevée suite au traitement. Par ailleurs, l’efficacité est croissante lorsque le diamètre du boulon diminue. C’est un produit avec une valeur caractéristique de la portance locale parallèle au fil de 79% supérieure qui a été créé dans le cas du test avec le boulon de 9,525 mm. La raideur du bois a subi une augmentation avoisinant les 30%. Suite au traitement, la présence d’une rupture par fissuration est moins fréquente. Les contraintes se distribuent plus largement autour de la région de connexion. Le traitement n’a pas produit d’effet significatif sur la résistance mécanique de l’assemblage dans le cas d’un enfoncement du boulon perpendiculairement au fil du bois. De même, l’effet des nanoparticules en solution n’est pas ressorti significatif. Malgré une pénétration très faible du liquide à l’intérieur du bois, la couche densifiée en surface créée suite au traitement est suffisante pour produire un nouveau matériau plus résistant dans les zones de connexion. Le renfort du bois dans la région des connecteurs doit influencer le dimensionnement des structures de grande taille. Avec des éléments de connexion renforcés, il sera possible d’allonger les portées des poutres, multipliant ainsi les possibilités architecturales. Le renfort pourra aussi permettre de réduire les sections des poutres et d’utiliser une quantité moindre de bois dans un bâtiment. Cela engendrera des coûts de transport et des coûts reliés au temps d’assemblage réduits. De plus, un connecteur plus résistant permettra d’être utilisé en moins grande quantité dans un assemblage. Les coûts d’approvisionnement en éléments métalliques et le temps de pose sur le site pourront être revus à la baisse. Les avantages d’un nouveau matériau à base de bois plus performant utilisé dans les connexions permettront de promouvoir le bois dans les constructions de grande taille et de réduire l’impact environnemental des bâtiments. / Wood experiences a growing demand as a construction material in tall buildings. Its aesthetic qualities and the fact that it is a renewable material make it attractive for architects. When compared to functionally equivalent products, it appears that the wood decreases non-renewable energy consumption and total energy demand. Plus, wood carbon storage can reduce the environmental footprint of buildings when compared to steel or concrete. Now allowed up to six stories high in Canada, tall wood buildings are matter for important design challenges. When designing structures, the connector areas are often the critical points. Indeed, the stresses are highest there. Thus, the structures tend to appear massive and to reduce architectural innovation. New strategies need to be developed to improve the mechanical strength in the connector zone. Various studies have recently brought on creating or improving assembly type. In this study, the aim is to target the material used in the connection area by reinforcing it. The impregnation was chosen as the strengthening solution since the literature demonstrates that it is possible to increase the wood hardness with this technique. The use of this treatment on black spruce (Picea Mariana (Mill.) BSP) as a structural application is the novelty element in this research. Despite a full piece impregnation, the low permeability wood species helped to create a thin layer of densified surface without having to use a large quantity of chemicals. A vacuum-pressure impregnation process was used to develop a new wood-based material more performant in assemblies. The impregnation agent was composed of 1,6 hexanediol diacrylate, trimethylolpropane tricacrylate and of a polyester acrylate oligomer. A second formulation containing SiO2 nanoparticles allowed to verify the effect of the nanoparticles on the treatment. The dowel-bearing strength test was performed to determine the contribution of the treatment on the wood used as a connector element. The scale effect was observed by performing the test with three different diameters of bolts (9.525 mm, 12.700 mm and 15.875 mm). In addition, the test was carried out according to a load applied in the perpendicular to grain direction for the mean diameter of bolt (12.700 mm). The digital image correlation was used while executing the dowel-bearing test as an analytical tool to compare the differences between strain fields before and after the reinforcement treatment. Results have shown higher bearing strengths after treatment. Furthermore, the efficiency was increased more the bolt diameter decreased. The best results were defined as a 79% greater dowel bearing strength for the characteristic value using the bolt of 9.525 mm. The stiffness of treated wood was higher of approximately 30%. Better mechanical performances after treatment are associated to the increase of density giving by the polymerization of formulation at the border of the bolt hole. Change in dowel bearing strength was almost nonexistent for the perpendicular to grain orientation. Low depth penetration due to the wood anatomy limiting the permeability in the perpendicular to grain direction caused this phenomenon. For the treated sample, the presence of a cracking failure was less common. With the digital image correlation analysis, the strains were found to be distributed more widely around the connection area. Also, no significant differences were found in the samples treated with and without nanoparticles. A slightly lower chemical retention was observed for the treated with nanoparticles sample group due to the accumulation of nanoparticles acting as a barrier at wood surface. Normally, this could lead to better densification of the external layer of the wood, but in this case mechanical performances were the same. There is no need to add nanoparticles and increase the cost of chemicals. Despite a very low penetration of the liquid inside the timber, the densified layer created at wood surface is suitable to produce a new, strong material in the connecting areas. The reinforcement of wood in connectors region could influence the design of large structures. With strengthen connection elements, it would be possible to extend the beams spans, thus multiplying the architectural possibilities. The reinforcement could also reduce the sections of beams and decrease the need in construction materials. This would result in diminished transport costs and faster assembly times. In addition, a fewer quantity of connector elements could be needed, reducing the supply costs in metal elements as well. The outcomes of a new and more efficient wood-based material used in connections would promote wood in tall buildings while helping to lower the environmental impact of buildings.

Ce projet traite de l'effet des lignes de soudure sur le polypropylène renforcé de fibres de verre et moussé par injection. Une analyse morphologique au niveau des bulles et des fibres ainsi que des essais de résistance mécanique en flexion, en torsion et en traction ont été réalisés. L'analyse des photos prises au microscope électronique démontre une orientation des fibres parallèle à l'écoulement sauf à la ligne de soudure où elles sont perpendiculaires. De plus, la taille des bulles augmente en fonction de la réduction de la densité (40-53 ^m). L'analyse mécanique donne un aperçu de l'effet de la ligne de soudure et du moussage. En flexion ainsi qu'en traction, une chute radicale (entre 30 et 70%) des propriétés mécaniques des spécimens avec ligne de soudure a été observée dans la plupart des cas comparativement aux échantillons de même densité mais sans ligne de soudure. Les modules d'élasticité en torsion ont connu une légère hausse allant jusqu'à 14% pour les échantillons avec ligne de soudure en fonction de leurs homologues de même densité qui n'en possédaient pas. Ces deux situations s'expliquent par la morphologie des mousses et l'orientation préférentielle des fibres. Le but de cette recherche est de comprendre ce qui se passe au niveau de la ligne de soudure lorsqu'il y a un moussage en présence d'un renforcement de fibres.

Les objectifs étaient d’évaluer l’impact de l’origine du peuplement sur la qualité des sciages, le rendement MSR et les propriétés mécaniques du bois d’épinette noire et de décrire la variabilité des propriétés mécaniques et physiques à tous les niveaux de structuration de la variance. Les résultats indiquent qu’un pourcentage semblable des pièces se trouve dans les classes de qualité No.2 ou meilleures dans les peuplements originaires de coupes, mais ce pourcentage est de 20% inférieur au peuplement originaire de feu. Les peuplements originaires de coupes ont un rendement MSR similaire à ceux des peuplements naturels, mais le peuplement issu de coupe partielle a plus de sciages dans les classes MSR inférieures à cause de ses propriétés mécaniques inférieures. Pour les propriétés considérées, la variabilité inter-peuplement est inférieure à la variabilité intra-peuplement. À l’intérieur des peuplements, la variance inter-arbre du MOE et MOR est inférieure à la variance intra-arbre. Les peuplements à structure plus irrégulière, i.e. avec des distributions en DHP plus importantes ont la variation inter-arbre des propriétés mécaniques plus importante que les autres peuplements. / The objectives of this project were to evaluate the effects of stand origin on lumber grade yield, MSR yield and bending properties and to describe the variability of wood mechanical and physical properties at different hierarchical levels in black spruce. The results indicate that a similar percentage of lumber pieces are graded as No.2 and better in logged stands, but this percentage is 20% lower than in burned stand. The MSR grades yield in logged stands is similar to that from natural stands but partial-cut origin stand has less lumber in superior MSR class due to lower bending properties. For all properties studied the between stands variance is much less important than within stand variance. Moreover, inter-tree variance component of MOE and MOR are lower than intra-tree variance. The stands that showed a more important DBH variance and asymmetrical competition present more important inter-tree variance in wood mechanical properties.

Dans ce projet de thèse, on tente d'optimiser les propriétés mécaniques (modules de flexion et traction, résistance à l'impact et contrainte maximale en traction) d'un composite de fibres de lin/plastique d'origine post-consommation en combinant deux voies d'optimisation (compatibilisation des phases et optimisation du procédé de fabrication) tout en tenant compte du coût de production du matériau. Dans la première partie, le composite a été optimisé par compatibilisation des phases. Pour ce faire, le meilleur additif était d'abord déterminé en analysant l'effet de plusieurs additifs appartenant à différentes catégories (agent de couplage classique, additif élastomère, et mélange d'additif élastomère/agent de couplage) sur les propriétés mécaniques, morphologiques et physiques (densité). Puis, la composition du matériau a été optimisée dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques. Une fonction objective (ratio qualité/coût) a été définie afin de prendre en compte simultanément toutes les propriétés mécaniques et le coût de production. Dans la seconde partie, l'efficacité de la combinaison des deux voies d'optimisation, a été analysée. Pour ce faire, les paramètres du procédé de fabrication (extrusion suivie de l'injection) ont été optimisés en utilisant la composition optimale obtenue dans la première partie (combinaison des deux voies d'optimisation). Le ratio qualité/coût était également utilisé comme fonction objective. Par la suite, l'impact de l'optimisation combinée sur la microstructure (dimensions des fibres, cristallinité et propriétés moléculaires de la matrice) et les propriétés mécaniques du composite a été investigué. Les résultats ont montré que le meilleur additif était le EO-g-MAH/MAPP appartenant à la catégorie des mélanges d'additif élastomère/agent de couplage. En outre, la composition et les conditions de fabrication du composite étaient optimales lorsque sa performance mécanique globale était améliorée en donnant la priorité à la rigidité, et concomitamment à la rigidité et la résilience, respectivement. D'autre part, la combinaison des deux voies d'optimisation, au-delà d'une bonne adhésion interfaciale fibre-matrice, a favorisé un équilibre optimal entre la dégradation des composants et l'homogénéité du composite (bonne dispersion des fibres et des additifs dans la matrice), conduisant à de meilleures propriétés mécaniques. Cette procédure d'optimisation a permis d'améliorer toutes les propriétés mécaniques du composite, tout en étant efficace en termes de performance et de coûts. / In this thesis, we tried to optimize the mechanical properties (flexural and tensile moduli, impact strength, and tensile stress at yield) of a flax fiber/postconsumer plastic composite by combining two optimization paths (phase compatibilization and manufacturing process optimization) while taking into account the material production costs. In the first part, the composite was optimized by phase compatibilization. To do this, the best additive was first determined by analyzing the effect of several additives of different types (conventional coupling agent, elastomeric additive, and mixture of elastomeric additive/coupling agent), on the mechanical, morphological and physical (density) properties. Then, material composition was optimized to improve the mechanical properties. An objective function (quality/cost ratio) was defined to simultaneously account for all the mechanical properties and production costs. In the second part, the effectiveness of combining two optimization paths was analyzed. First, the manufacturing process parameters (extrusion followed by injection) were optimized using the optimum composite composition obtained in the first part (combination of both optimization paths). The quality/cost ratio was also used as objective function. Thereafter, the effect of the combined optimizations on the microstructure (fiber dimensions, matrix crystallinity and matrix molecular properties) and mechanical properties of the composite was investigated. The results showed that the best additive was EO-g-MAH/MAPP of the category “mixture of elastomeric additive/coupling agent”. In addition, the composition and the manufacturing conditions of the composites were optimum when the overall mechanical performance was improved by giving priority to stiffness, and simultaneously to stiffness and resilience, respectively. On the other hand, the combination of both optimization paths, besides good fiber-matrix interfacial adhesion, promoted an optimum balance between components degradation and composite homogeneity (good fiber and additives dispersion in the matrix), leading to better mechanical properties. This optimization procedure was able to improve all the mechanical properties of the composite, as well as being effective in terms of performance and costs.

Les matériaux granulaires contenant des particules grossières sont largement utilisés dans les grands travaux de géotechniques, comme les remblais et les barrages. L'étude du comportement mécanique de ces matériaux nécessite des appareils d'essai à grande échelle, ce qui entraîne des programmes de test coûteux et difficiles à réaliser. Par conséquent, dans la plupart des projets en cours, des échantillons contenant des matériaux à grains fins avec granulométries parallèles et des caractéristiques physiques similaires aux matériaux d'origine sont préparés et les résultats obtenus sont directement utilisés lors de l’analyse et la conception des structures. Cependant, des études récentes ont confirmé que l'effet de la taille des particules provoqué par l'utilisation de cette technique devrait être considéré. Pour améliorer la compréhension de cet effet, dans la première partie de cette étude, l'influence de la taille des particules sur les propriétés mécaniques des matériaux du filtre du barrage Romaine-3 est étudiée à l'aide d'une série d'essais triaxiaux de compression monotone dans des conditions drainées et non drainées ainsi que des essais triaxiaux à chargement répété (RLT). Les résultats des tests drainés et non drainés ont montré qu'il n'y a pas de changement dans la pente des CSL dans l'espace p’-q. Les résultats du test RLT indiquent également que le module chargement-déchargement augmente avec l'augmentation de la taille des particules. De plus, la forme des particules a été identifiée comme l'un des paramètres les plus importants affectant le comportement des matériaux grossiers. Ainsi, la deuxième partie de ce mémoire consiste en des essais triaxiaux drainés et non drainés et des essais RLT sur des matériaux du filtre et de transition, caractérise respectivement avec des particules arrondies et angulaires de différentes tailles, afin d'examiner l'effet de la forme des particules. Les résultats triaxiaux montrent que le rapport de contrainte maximale augmente avec l'augmentation de l'angularité, alors que la comparaison des résultats RLT entre les matériaux arrondis et angulaires ne montre aucune tendance claire / 345092\u Granular materials containing coarse particles are widely used in the large geotechnical works, such as embankments and dams. The investigation of the mechanical behavior of these materials requires large scale testing apparatus, resulting in costly and difficult testing programs. Therefore, in most of the current projects, the specimens with finer-grained materials having parallel grading and similar physical characteristics to original materials are prepared and the results directly used in the analysis and design of the structures. However, recent studies confirmed that the role of the particle size effect caused by using this technique should be considered. To improve understanding of this effect, in the first part of this study, the influence of particle size on the mechanical properties of filter materials of Romaine-3 dam is investigated through a series of the monotonic compression triaxial tests in the drained and undrained conditions as well as repeated-load triaxial (RLT) tests. The drained and undrained tests results showed that there is no change in the slope of CSLs in q-p’ space. The RLT test results also indicate that the load-unload modulus increases with increasing in particle size. Moreover, the shape of a particle has been identified as one of the most important parameters affecting the behavior of coarse materials. Thus, the second part consists of drained and undrained triaxial and RLT tests on filter and transition materials, having rounded and angular materials respectively, with different sizes in order to examine particle shape effect. The triaxial results show that the maximum stress ratio increases with increasing in the angularity, whereas the comparison of RLT results between the rounded and angular materials does not show any clear trend.

La réponse mécanique d'une cellule à une force externe permet d'inférer sa structure et fonction. Les pinces optiques s'avèrent une approche particulièrement attrayante pour la manipulation et caractérisation biophysique sophistiquée des cellules de façon non invasive. Cette thèse explore l’utilisation de trois types de pinces optiques couramment utilisées : 1) statiques (static), 2) à exposition partagée (time-sharing) et 3) oscillantes (oscillating). L’utilisation d’un code basé sur la méthode des éléments finis en trois dimensions (3DFEM) nous permet de modéliser ces trois types de piégeage optique afin d’extraire les propriétés mécaniques cellulaires à partir des expériences. La combinaison des pinces optiques avec la mécanique des cellules requiert des compétences interdisciplinaires. Une revue des approches expérimentales sur le piégeage optique et les tests unicellulaires est présentée. Les bases théoriques liant l’interaction entre la force radiative optique et la réponse mécanique de la cellule aussi. Pour la première fois, une simulation adaptée (3DFEM) incluant la diffusion lumineuse et la distribution du stress radiatif permet de prédire la déformation d’une cellule biconcave –analogue aux globules rouges—dans un piège statique double (static dual-trap). À l’équilibre, on observe que la déformation finale est donnée par l’espacement entre les deux faisceaux lasers: la cellule peut être étirée ou même comprimée. L’exposition partagée (time-sharing) est la technique qui permet de maintenir plusieurs sites de piégeage simultanément à partir du même faisceau laser. Notre analyse quantitative montre que, même oscillantes, la force optique et la déformation sont omniprésentes dans la cellule : la déformation viscoélastique et la dissipation de l’énergie sont analysées. Une autre cellule-type, la tige cubique, est étudiée : cela nous permet d’élucider de nouvelles propriétés sur la symétrie de la réponse mécanique. Enfin, l’analyse de la déformation résolue en temps dans un piége statique ou à exposition partagée montre que la déformation dépend simultanément de la viscoélasticité, la force externe et sa forme tridimensionnelle. La technique à force oscillante (oscillating tweezers) montre toutefois un décalage temporel, entre la force et la déformation, indépendant de la forme 3D; cette approche donnerait directement accès au tenseur viscoélastique complexe de la cellule. / The mechanical response of a cell to external forces carries information about its structure and function. Because cell manipulation should ideally be non-invasive while performing sophisticated biophysical characterization, the radiation force of optical tweezers has become highly attractive. In this thesis, we explore three types of recently-developed optical tweezers: 1) static, 2) time-sharing and 3) oscillating. Using a full three-dimensional finite element method (3DFEM), modeling of each of these regimes allows us to fit experiments and access the cell mechanical properties. Combining optical trapping with cell mechanics requires interdisciplinary efforts. A survey of the various experimental approaches for optical trapping and measurements on isolated cells is presented. We then lay the theoretical background linking the interaction of optical fields to the cell’s mechanical response. We are the first to implement a 3DFEM calculation including light scattering and the radiation stress distribution to predict the deformation of a biconcave cell –emulating a red blood cell– in static dual-trap optical tweezers. At equilibrium, the final deformation is given by the separation distance of the two trapping beams, revealing how the cell can be elongated or shrunk. Time-sharing optical tweezers realize multiple traps to manipulate objects ranging from macromolecules to biological cells. Our quantitative analysis shows how, although jumping, the local stress and strain is omnipresent in the cell. The viscoelastic object deformation and internal energy dissipation are analyzed. Another cell shape, a cubic rod, is also studied, elucidating novel symmetrical properties of the mechanical response. Finally, the analysis of the time-dependent deformation –creep testing– of a cell in static and time-sharing optical tweezers, shows that deformation of the object depends altogether on the object’s viscoelasticity, significantly on its 3D shape and the mechanical loading. However, dynamic testing with oscillating optical tweezers surprisingly shows a phase shift between the loading stress (external force) and strain (deformation) independent on the 3D cell shape. This is a novel avenue giving access to the cell’s viscoelasticity dynamic complex modulus directly in the time-domain.

L'industrie automobile demande sans cesse des manufacturiers de pièces fabriquées par métallurgie des poudres des produits présentant des propriétés mécaniques supérieures tout en minimisant les coûts. L'emploi des poudres autotrempantes est particulièrement bien adapté pour répondre à ses demandes, car ces dernières permettent la trempe directe à la fin du cycle de frittage, éliminant ainsi les étapes supplémentaires habituellement nécessaires pour le traitement thermique. Cette thèse présente les résultats de la modélisation de l'influence des éléments préalliés et prémélangés sur l'optimisation de la compressibilité et de l'autotrempabilité. La planification d'expériences a été utilisée afin de minimiser le nombre d'expériences nécessaires afin de caractériser l'effet des différents facteurs étudiés. De petites quantités de poudres atomisées ont été produites par atomisation à l'eau au laboratoire de métallurgie des poudres de l'Université Laval. Un premier plan d'expériences a permis d'étudier l'effet d'éléments préalliés (nickel, chrome, molybdène et manganèse) et prémélangés (nickel, chrome, cuivre et manganèse). Les propriétés mécaniques ont aussi été mesurées. Un deuxième plan d'expériences a été construit à partir des résultats obtenus lors de la première série. Les résultats montrent que de tous les éléments étudiés, seuls le nickel, le chrome et le molybdène préalliés ont un effet significatif sur la compressibilité et l'autotrempabilité. De plus, pour l'intervalle de composition chimique étudié, la composition chimique de la poudre qui optimise la compressibilité et l'autotrempabilité est : 1,5%-pds Ni, 0,40-0,55%-pds Cr et 1,00-1,25%-pds Mo.

Ce mémoire présente la recherche effectuée concernant le développement d'une nouvelle méthode de dimensionnement spécifiquement dédiée aux sections en acier en I très élancées par l'entremise de l'Overall Interaction Concept (O.I.C.). Le comportement en section est défini par deux comportements extrêmes, soit la résistance et l'instabilité pure. Les méthodes de calculs couramment utilisées dans les normes nécessitent d'abord de classer la section pour ensuite calculer les propriétés de la section efficace. Ces méthodes comportent quelques incohérences ainsi qu'un manque de précision. Une nouvelle méthode de dimensionnement qui considère la section entière - qui ne requiert donc plus de calculer les propriétés efficaces - et l'interaction entre les plaques peut et doit être développée. La considération des imperfections tant géométriques que matériels permet d'atteindre une plus grande précision, et l'utilisation d'outils numériques performants permet également d'augmenter l'efficacité des calculs. L'Overall Interaction Concept permet de calculer rapidement la résistance en section en fonction de l'élancement relatif généralisée, au moyen de courbes d'interaction. L'objectif principal de cette maîtrise est donc d'adapter l'O.I.C. aux sections ouvertes en I très élancées, comme celles utilisées dans le domaine des ponts, soumises à des cas de chargement simples (compression pure ou flexion d'axe fort seulement). Un modèle numérique a d'abord été développé en réalisant entre autres une étude de densité de maillage et des études sur les imperfections géométriques et matérielles à utiliser. Cette dernière étude doit être fait minutieusement et les choix effectués doivent être justifiés convenablement puisqu'aucune donnée expérimentale n'est disponible pour calibrer le modèle. Une fois le modèle fiable développé, une campagne numérique comptabilisant plus de 3500 simulations a été faite, permettant ainsi d'analyser l'effet de certains paramètres sur la résistance en section. Sur la base de ces simulations numériques, une proposition de méthode de dimensionnement a été faite en fonction des paramètres déterminants, c'est-à-dire le choix des contraintes résiduelles, du type de chargement et des propriétés géométriques géométrique de la section par l'entremise du paramètre μ. La formulation d'Ayrton-Perry a été adaptée pour définir les courbes d'interaction servant à prédire la résistance. En parallèle au développement de la méthode, des études ont été effectuées pour comparer les résultats obtenus pour la résistance en section selon les normes canadiennes, américaines et européennes avec les résultats obtenus numériquement. Ainsi, il a été possible d'observer la capacité d'amélioration des méthodes couramment utilisées tant en termes de précision que de simplicité. / This dissertation presents research developments related to the design of very slender open steel sections through the Overall Interaction Concept (O.I.C.). The cross-sectional behaviour is defined by two extreme, ideal behaviours: pure resistance and pure instability. Methods used in the current standards need to classify the section, and, in the case of bridge sections, to calculate effective properties. This method presents some inconsistencies, as well as accuracy issues. A new design approach considering the whole section - and by that interaction between plates - was developed. By including the geometrical and material imperfections, more accuracy can be reached, and using numerical tools can increase the efficiency as well. The Overall Interaction Concept allows to calculate fast the resistance of a cross-section by using a generalized relative slenderness, so-called interaction curves. The main aim of this master is to adapt the O.I.C. to very slender open I-sections subjected to simple load cases (major-axis bending moment and pure compression). A numerical model has been developed by carry out mesh density study, and imperfections studies. This part had to be carefully detailed and assessed since no experimental data can be available to calibrate the numerical models. Once a reliable model was settled, a numerical campaign of more than 3500 simulations has been undertaken, allowing to analyse the effects of many key parameters. Based on these numerical simulations, design proposals were made as based on the identified governing parameters, i.e. the residual stresses pattern, load case and geometrical properties by means of newly-proposed parameter μ. An extension of the Ayrton-Perry formulation is finally used to define cross-section interaction curves. Besides, systematic comparison with Canadian, American and European Standards are done with the results from numerical simulations allowing to observe the improvement capacity of the current methods, in terms of accuracy and simplicity.

Le comportement de l'acier est significativement différent à des températures élevées par rapport à la température ambiante. Avec l'augmentation de la température, la relation contrainte-déformation devient non linéaire et la résistance et la rigidité de l'acier diminuent. Les normes de conception au feu de l'acier existantes ne parviennent pas à prédire avec précision la résistance à des températures élevées en suivant les mêmes approches de conception à température ambiante avec de petites modifications. Cette recherche vise à proposer une approche de conception innovante des profilés creux en acier en situation d'incendie au moyen du Overall Interaction Concept (O.I.C.). Le Overall Interaction Concept (O.I.C.) est basé sur l'interaction résistance-instabilité en utilisant un rapport d'élancement généralisé et s'est avéré plus précis et cohérent que les normes actuelles. Un modèle d'éléments finis a été développé pour étudier le comportement des sections carrées et rectangulaires en acier à haute température. La précision du modèle a été confirmée par la validation avec des résultats expérimentaux. Le modèle validé a été utilisé pour effectuer des études paramétriques incluant différentes dimensions géométriques, températures et cas de charge. Les résultats des études paramétriques ont ensuite été utilisés pour identifier le paramètre de conception principal et proposer O.I.C. équations en situation d'incendie. Pour présenter un meilleur niveau de précision et de cohérence de l'O.I.C. propositions, leur performance a été comparée aux approches actuelles de conception anti-incendie, y compris les normes européennes, américaines et canadiennes. / The behavior of steel is significantly different at elevated temperatures compared to the ambient temperature. With increasing temperature, the stress-strain relationship gets nonlinear and the strength and stiffness of steel reduce. Existing steel fire design standards fail to accurately predict the resistance at high temperatures by following the same design approaches at room temperature with small modifications. This research is aimed to propose an innovative design approach for steel hollow sections in fire situations by means of the Overall Interaction Concept (O.I.C.). The Overall Interaction Concept (O.I.C.) is based on the resistance-instability interaction using a generalized slenderness ratio and has been proved to be more accurate and consistent than the current standards. A finite element (F.E.) model was developed to study the behavior of steel square and rectangular sections at high temperatures. The accuracy of the model was confirmed through validation with experimental results. The validated model was used to perform parametric studies including different geometrical dimensions, temperatures, and load cases. The results of the parametric studies were then used to identify the leading design parameter and propose O.I.C. equations in fire situations. To exhibit a better level of accuracy and consistency of the O.I.C. proposals, their performance was compared to the current fire design approaches including European, American, and Canadian Standards.