Cette étude concerne le comportement de mortiers constitués par une matrice résineuse à base d’époxyde désignés dans ce qui suit par mortier de résine, MR.Des études antérieures ont montré que l’ouvrabilité des MR élaborés avec un taux de polymère en masse mp≤12%, afin de baisser leur coût considéré élevé par comparaison à celui des mortiers hydrauliques MH, est médiocre et constitue un frein majeur au développement de ces matériaux dans le domaine de la préfabrication et de la réparation.Un moyen de favoriser le développement des MR consiste, donc, à faciliter leur mise en œuvre. Or le fait de diminuer le taux de polymère afin de diminuer le coût rend la mise en œuvre du mortier encore plus difficile. Par ailleurs l’utilisation de sable recyclé « SR » en substitution au sable naturel « SN »pour répondre à des exigences environnementales en matière d’épuisement de ressources naturelles exacerbe cette difficulté.L’objectif de cette thèse est, donc, de trouver un diluant à incorporer dans les formulations des MR, destinées soit à la préfabrication (2 formulations avec des taux massique de liant à base d’époxyde mp= 9% et 12%) ou à la réparation (mp= 20%). Le but ultime consiste à améliorer leur ouvrabilité tout en assurant leurs propriétés mécaniques et leur durabilité vis-à-vis de la diffusion des ions chlorure. Une comparaison systématique avec des mortiers hydrauliques, MH, est réalisée.Différents diluants ont été sélectionnés. Leur influence sur le point de gel, sur le temps de réticulation et sur les propriétés mécaniques et physiques des époxydes a fait l’objet d’une étude détaillée. Il en ressort que l’octanoate de méthyle permet de diminuer la viscosité de la résine époxyde sans affecter le point de gel et les cinétiques de durcissement de façon significative. Cependant, il joue un rôle de plastifiant à l’origine de l’augmentation de la ductilité et de la diminution des résistances et des rigidités des époxydes à l’état réticulé. Le taux optimal de diluant (md) à incorporer dans la formulation des mortiers de résine a été estimé à 5%.L’incorporation du diluant, avec md= 5%, dans les MR a amélioré leur ouvrabilité, modifié leur microstructure et leurs propriétés de transfert mais a généré une baisse des résistances mécaniques. En effet une baisse de 31% est observée pour MR-SN formulé avec mp= 20%. La substitution du SN par le SR dans les mortiers de réparation (MR avec mp= 20%) engendre, également, une diminution des propriétés mécaniques et une modification des propriétés rhéologiques. Toutefois, ces résistances mécaniques demeurent nettement plus élevées que celles des mortiers hydrauliques à sable naturel (MH-SN) et recyclé (MH-SR). En compression, le mortier MR-SR fabriqué avec mp=20% présente une résistance supérieure de 44% par rapport à celle du MH-SN et de 53% par rapport à celle du MH-SR.La résistance des mortiers à la diffusion des ions chlorure a été appréhendée par un essai de migration en régime transitoire (Non Steady State Migration) et le coefficient de diffusion apparent Dnssm a été calculé pour 10 formulations de mortiers : 1 MH-SR, 1 MH-SN, 2 MR-SR et 6 MR-SN. Il en ressort que les bétons de résine ont une résistance à la diffusion des ions chlorure nettement plus élevée que celle des mortiers hydrauliques. Les coefficients Dnssm des mortiers MH-SN et MH-SR sont respectivement 100 et 200 fois plus élevés que celui du MR-SN (mp= 20%).Le mortier MR-SN destiné à la réparation (avec mp= 20% et md=5%) est caractérisé par une très bonne ouvrabilité et des résistances mécaniques et à la diffusion des ions chlorure les plus élevées. On montre que son adhérence à un support constitué d’un MH-SN dépend de l’état de surface du support (lisse sec, lisse saturé, rugueux sec et rugueux saturé). Le mortier de réparation n’adhère pas aux supports à surface saturée en eau alors qu’une bonne adhérence est observée pour les surfaces sèches. Cette adhérence est meilleure lorsque la surface est lisse. / This study concerns the behavior of mortars constituted by epoxy-based resinous matrix and sand designated in what follows by resin mortar, RM.Previous studies have shown that the workability of RM made with a polymer rate by weight mp≤12% in order to reduce their cost which is considered high compared to that of hydraulic mortars HM, is poor and is a major obstacle to the development of these materials in the area of prefabrication and repair. However decreasing the polymer content to reduce the cost makes the mortar implementation even more difficult. Furthermore the use of recycled sand "RS" to substitute natural sand "NS" to answer environmental requirements regarding natural resource depletion exacerbates this difficulty.The objective of this work is, therefore, to find a thinner to incorporate into RM formulations, intended either to prefabrication (2 formulations with mass rate of epoxy based binder mp= 9% and 12%) or repair (mp = 20%). The ultimate goal is to improve their workability while maintaining their mechanical properties and their sustainability to chloride ion diffusion. A systematic comparison with hydraulic mortars, HM, is performed.Various thinners were selected. Their influence on the gel point, on the time of crosslinking and mechanical and physical properties of the epoxy resin has been the subject of detailed study. It shows that methyl octanoate reduces the viscosity of the epoxy resin without affecting significantly the gel point and curing kinetics.However, it acts as a plasticizer which represents the origin of the increased ductility and reduced resistance and rigidity of the epoxy resin in the cured state.The optimal rate of the thinner (md) to be incorporated in the formulation of resin mortar was estimated at 5%.The incorporation of thinner, with md=5% in the RM improved their workability, changed their microstructure and their transfer properties but generated lower mechanical strength. Indeed a decrease of 31% was observed for RM-NS formulated with mp=20%. The substitution of NS by the RS in repair mortars (RM with mp=20%), leads also, to decreased mechanical properties and modified rheological ones.However, these strengths remain significantly higher than those of hydraulic natural sand (HM-NS)and recycled (HM-RS) mortars. In compression, the RM-RS mortar manufactured with mp=20% has a higher resistance by 44% compared to the HM-NS and 53% compared to that of HM-RS.The resistance of mortars to chloride ions diffusion was apprehended by non Steady state migration test and apparent diffusion coefficient "Dnssm" was calculated for 10 mortar formulations: 1 HM-RS, 1 HM-NS, 2 RM-RS and 6 RM-NS. It follows that the resin concrete has a resistance to chloride ions diffusion considerably higher than that of hydraulic mortars. The "Dnssm" coefficients of HM-NS and HM-RS mortars are respectively 100 and 200 times higher than that of RM-NS (mp= 20%).The RM-NS mortar intended for repair (with mp=20% and md=5%) is characterized by very good workability and the highest mechanical strength and resistance to chloride ions diffusion. We show that adhesion to a support consisting of a HM-NS depends on the surface condition of the support (smooth dry , smooth saturated, rough dry and rough saturated). The repair mortar does not adhere to the surface saturated on water while a good adhesion was observed for dry surfaces. This adhesion is better when the surface is smooth.

La lithographie est une étape clé de micro/nanotechnologie pour la fabrication de composants utilisés dans les domaines de la microéléctronique, de l’électronique flexible, de la photonique, du photovoltaïque, de la microfluidique... Cette étape de lithographie nécessite l’utilisation d’une résine inscriptible servant de masque temporaire permettant le transfert de motifs dans le matériau sous-jacent par gravure ou par déposition de nouveaux matériaux. La lithographie fait appel à des résines organiques mais aussi à des solvants organiques et des produits chimiques corrosifs et nocifs, ce qui va à l’encontre des problématiques environnementales et qui engendre des coûts supplémentaires liés à la gestion des risques et des déchets. De plus le contexte réglementaire (REACh ou US pollution act) évolue vers une plus grande protection de l’environnement et de la santé humaine et encourage l’utilisation de produits alternatifs. Dans ce contexte, mon projet de thèse visait à développer une résine biosourcée, non modifiée par des procédés de chimie de synthèse et développable dans l’eau. Cette résine devait être compatible avec les instruments de lithographies conventionnelles. Lors de ce travail, il a été démontré que le chitosane était une résine de tonalité positive permettant la réalisation d’un procédé complet de lithographie/gravure avec uniquement de l’eau comme solvant, sans modification du chitosane et sans l’utilisation de masque additionnel. Des motifs de 50 nm ont été obtenu dans la silice après lithographie électronique et gravure plasma et des motifs de 0.5 à 0.3 μm après photolithographie et gravure. / . Lithography is a key step in micro / nanotechnology with applications in the fields of microelectronics, flexible electronics, photonics, photovoltaics, microfluidics and biomedical. This lithography step requires the use of a writable resist to act as a temporary mask for transferring patterns in the underlying material by etching or deposition. Nowadays, lithography uses synthetic organic resin, organic solvents and hazardous chemicals which is contrary to environmental issues and generates additional costs associated with risk and waste management. Furthermore, regulation rules (REACh, US pollution act) tend to move toward the protection of human health and the environment from the risks that can be posed by chemicals and promote alternative chemicals. In this context, this PhD work aimed at replacing conventional synthetic organic resist with a biopolymer. This biopolymer will not be modified by synthetic organic chemistry, will be compatible with conventional lithography instruments and it should be developable in water. It was demonstrated that chitosan was a positive tone resist allowing accomplishing a complete lithography-etching process. The whole process was performed in aqueous solution without the use of hazardous chemicals. 50 nm features were obtained after ebeam lithography/plasma etching into a silica layer without the use of an additional masking layer. 0.3-0.5 μm feature were obtained using photolithography.

L'arsenic est un métalloïde se rencontrant naturellement sous forme de trace dans de nombreux sols. Les activités anthropiques<br />(agriculture, extraction et exploitation de minerais principalement) ont conduit à son accumulation dans l'environnement.<br />L'abaissement à 10 µg/L de la limite de qualité pour l'arsenic dans l'eau de consommation pose la question de l'efficacité des<br />traitements existants. De nouvelles techniques plus performantes d'élimination de l'arsenic sont donc de plus en plus<br />nécessaires. L'objectif de ce travail est de développer de nouvelles méthodes d'analyses de l'arsenic, fiables et utilisables sur le<br />terrain, ainsi que des méthodes simples d'élimination de l'arsenic, de mise en œuvre facile et applicables à de petites unités de<br />traitement comme celles rencontrées en zones à habitat dispersé (débit < 10 m3/h).<br />L'adsorption de As(III) et As(V), méthode répondant aux critères précédemment définis, a été étudiée. Tout d'abord des<br />supports classiques ont été considérés : des (oxy)hydroxydes de fer; puis des supports innovants : des argiles pontées dérivées<br />d'une montmorillonite. Celle-ci a été modifiée par différents polycations (fer, titane et aluminium) de façon à créer des sites<br />favorables à l'adsorption. L'adsorption a été réalisée selon différentes conditions, et dans des milieux plus ou moins complexes.<br />Il s'avère que les (oxy)hydroxydes de fer fixent plus d'arsenic que les argiles pontées, tant sous la forme As(III) que As(V).<br />Néanmoins, l'étude de la désorption a montré que l'argile pontée au fer était le seul support régénérable quasiment à 100%.<br />Connaissant les différences de comportement selon la nature des espèces de l'arsenic inorganique As(III) et As(V), l'oxydation<br />de As(III) par différents oxydants usuels a été l'objet d'une partie de l'étude. Les oxydants testés sont H2O2, NaOCl, FeCl3,<br />KMnO4 et MnO2(s), couramment employés dans les traitements. De façon à quantifier la capacité oxydante de ces réactifs, une<br />méthode colorimétrique a été développée. Celle-ci, facilement transposable sur le terrain, peut être appliquée aux eaux peu<br />chargées en phosphate avec une limite de quantification de 20 µg As/L. Il s'avère que les oxydants les plus facilement<br />utilisables dans une unité de potabilisation sont KMnO4 et FeCl3. A la suite de cette étude, un support à base d'une résine de<br />polystyrène recouverte d'oxyde de manganèse a été synthétisé. Ce solide combine des propriétés d'oxydation et d'adsorption<br />simultanées. Les capacités d'adsorption de ce solide vis-à-vis de As(V) et de As(III) sont remarquables et supérieures à une<br />majorité des adsorbants étudiés récemment.<br />La dernière partie a consisté en l'étude de la faisabilité des procédés mis au point sur un milieu plus proche des conditions<br />naturelles. Pour cela, une eau artificielle représentative des eaux de type granitique, habituellement concernées par la pollution<br />arséniée, a été préparée à partir de la compilation des compositions d'eaux souterraines destinées à la production d'eau potable.<br />Ainsi, les concentrations en ions majeurs communes à ces eaux ont pu être déterminées. Cette eau artificielle a ensuite été<br />utilisée après dopage en As(III) et As(V) dans diverses expériences d'oxydation et d'adsorption de façon à appréhender les<br />mécanismes mis en jeu dans le milieu naturel. Il apparaît que les ions majeurs ont peu d'influence sur ces procédés, démontrant<br />leur applicabilité au sein d'une filière de traitement.

Cette thèse a pour but d'apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de dégradation d'une résine organique thermodure soumise à un vieillissement thermo-radiatif. Les conditions de vieillissement sont un rayonnement gamma d'intensité 2 kGy/h à une température de 120°C, sous air. la durée de vie requise est de 4 ans, ce qui implique une dose cumulée de 70 MGy.<br />La première étape de l'étude concerne le choix bibliographique d'une résine époxy intrinsèquement résistante aux rayonnements. Cette résine a été retenue sur des critères d'aromaticité et de température de transition vitreuse élevée. Une fois la résine formulée, la deuxième étape a été dédiée au suivi des propriétés thermiques et mécaniques sous l'influence de vieillissements thermiques et radiochimiques :<br />i) sous vieillissements thermiques, il est apparu que la température de transition vitreuse reste constante après 600 heures à 220°C. Par contre, une fragilisation mécanique a été observée amenant à une forte diminution des propriétés à rupture. Cette fragilisation a été attribuée à une épaisseur de couche oxydée critique de l'ordre de 30 µm.<br />ii) sous vieillissements radiochimiques, la même fragilisation a été constatée avec une épaisseur de couche oxydée critique similaire. Il est apparu, de plus, une diminution de la température de transition vitreuse avec la dose d'irradiation. Ceci indique que le mécanisme prépondérant de dégradation de la résine est la coupure de chaîne sous atmosphère anaérobie. Un schéma mécanistique associé à un schéma cinétique a été proposé pour décrire l'évolution de la température de transition vitreuse en fonction des conditions d'irradiation. Les paramètres du modèle cinétique ont été identifiés par RMN du solide et RPE. Le modèle a été validé pour deux débits de dose à 120°C. L'accord global entre les valeurs calculées et expérimentales est satisfaisant.

Cette thèse porte sur l'étude rhéocinétique de deux systèmes époxy/amine, DGEBA/DETDA et DGEBA/IPD pour le rotomoulage réactif. Les paramètres cinétiques du mécanisme auto-catalytique et non catalytique de la réticulation isotherme ont été identifiés par une méthode inverse à l'aide des résultats du suivi cinétique par spectroscopie proche infra rouge (PIR). La différence du comportement rhéocinétique entre les deux systèmes est attribuée à la différence de réactivité intrinsèque des groupes amines mis en jeu et l'importance de l'effet de substitution (réactivité des amines primaires par rapport aux amines secondaire) des deux durcisseurs. Une nouvelle méthode de détermination de l'effet de substitution a été établie, en utilisant les taux de conversion de l'époxy et de l'amine primaire mesurées par PIR. L'analyse des phénomènes de vitrification et gélification des deux systèmes a permis d'établir le diagramme Temps-Température-Transformation (TTT). La comparaison de la rotomoulabilité des deux systèmes a été effectuée par l'ajout des courbes d'iso-viscosité sur le diagramme TTT. L'écoulement au cours du rotomoulage a été modélisé par un écoulement à surface libre sous gravité d'un fluide réactif à l'intérieure d'un cylindre horizontal en rotation autour de son axe principal. Dans le cas des fluides de viscosité faible, la méthode lagrangienne de Smoothed Particle Hydrodynamics SPH, a été appliquée en utilisant une expression adaptée de la viscosité.

Les fluides contenus dans les circuits des centrales nucléaires sont épurés en continu grâce à des circuits de purification contenant des résines échangeuses d'ions. Un optimum doit être trouvé entre limitation des rejets liquides et diminution des volumes de déchets solides générés, tout en maîtrisant les coûts d'exploitation. La sélectivité des résines échangeuses de cations vis-à-vis des ions Co2+, Ni2+, Cs+ et Li+ varie en fonction de l'état de saturation globale de la résine. D'autre part, plus le débit de passage du fluide est élevé et plus la fuite ionique est précoce et s'accompagne d'un étalement du front de sortie des éléments. L'implémentation au sein du code de transport réactif HYTEC des nouveaux modèles d'équilibre (modèle des solutions régulières) et de cinétique d'échange d'ions (coefficients de transfert de masse) a été validée sur les expériences et permet de prédire l'impact de ces phénomènes sur la rétention des éléments par une colonne de résine échangeuse d'ions.

Les matériaux isolants organiques font l'objet de beaucoup d'études pour comprendre les mécanismes de vieillissement et déterminer les précurseurs des dégradations. Dans ce travail, le comportement sous contraintes électrique et thermique d'un isolant est suivi vis-à-vis de la génération et de l'évolution de charges d'espace ainsi que des mécanismes de conduction. Le matériau étudié est un composite à base de résine époxy. Il est utilisé sous forme chargé ou non chargé de silice, à des températures inférieures et supérieures à la température de transition vitreuse (Tg=65°C). La génération de charges d'espace à faible champ (2 kV/mm) a été observée. L'accumulation des charges injectées à partir des électrodes à 55°C ainsi que le rôle de l'eau dans la génération d'hétérocharges positives à 80°C ont été mis en évidence. De même, l'étude des mécanismes de conduction a montré une limitation du courant par le volume (modèle de conduction par saut) en-dessous de la Tg alors qu'à 80°C le courant est limité par l'injection de charges par effet Schottky aux électrodes. La caractérisation d'échantillons vieillis sous contraintes électriques et thermiques a montré des modifications à basse fréquence des propriétés diélectriques (e et tan d) au cours du vieillissement.

Dans les centrales nucléaires à eau sous pression, les Résines Echangeuses d'Ions (REI) sont utilisées dans les circuits d'épuration. Dans le cadre de cette thèse, une étude qualitative a été réalisée afin de prédire les tendances du comportement d'une REI dans le cadre de son utilisation en condition centrale nucléaire. Fort des résultats de cette étude, nous avons cherché à caractériser quantitativement le comportement des REI en colonne. Pour cela, nous avons utilisé des solutions analytiques mais ces dernières se sont révélées valables uniquement dans des cas particuliers. Afin de trouver une solution générale, nous nous sommes donc tournés vers une solution numérique : OPTIPUR. En vue de la valider et aussi de mieux comprendre la cinétique en colonne, nous avons réalisé une étude expérimentale. Cette dernière vise à caractériser la résistance au transfert de masse en colonne et à mener une étude de sensibilité sur les paramètres influençant ce phénomène. Cette étude repose sur la détermination de la fuite ionique cinétique, correspondant à une certaine concentration de polluant présente en sortie de colonne en début d'expérience. Pour cela, nous avons testé l'influence de nombreux paramètres sur la fuite ionique cinétique. Nous avons ainsi vu l'importance de la vitesse de filtre et donc des conditions hydrodynamiques sur la fuite ionique cinétique. Ces nombreux résultats de fuite cinétique, ont été modélisés à l'aide de la corrélation empirique de Dwivedi & Upadhyay afin de tester sa validité. Par la suite, nous avons simulé nos résultats de fuite ionique cinétique avec deux options du logiciel OPTIPUR : option Mass Transfer Coefficient (MTC) et Nernst-Planck (NP). Ces dernières encadrent les résultats expérimentaux. L'option MTC d'OPTIPUR donne des résultats inférieurs alors que ceux obtenus avec l'option NP sont supérieurs aux résultats expérimentaux. Nous avons vu que dans le cadre d'un échange ternaire, seule l'option NP est valide. Nous avons proposé des solutions pour mieux caler les résultats obtenus numériquement. D'autres simulations ont été réalisées afin de vérifier les capacités de prédiction de l'appareil pour des expériences plus longues (allant jusqu'à la saturation de la REI). Les tendances observées étaient celles attendues. L'outil OPTIPUR est un outil précis et robuste pour étudier la cinétique en colonne.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les filières avancées CMOS et photonique nécessitent des procédés d’implantation utilisant des conditions beaucoup plus agressives en terme de dose et d’énergie que pour les générations de dispositifs précédentes. Cela n’est pas sans conséquences sur les étapes technologiques suivantes notamment l’étape de retrait de la résine implantée par plasma. En effet, pendant l’implantation, la résine subit le bombardement des ions et une couche modifiée appelée « croûte » se forme à la surface. Il est difficile de retirer cette couche sans laisser de résidus et sans consommer les matériaux en présence avec les procédés de retrait actuels et les chimies conventionnelles. Ce travail de thèse se concentre dans un premier temps sur la caractérisation de la résine implantée afin de comprendre les modifications induites par l'implantation dans la résine et la mise en place d’un protocole expérimental pour étudier ces résines. Le phénomène prépondérant observé est la réticulation de la résine ainsi qu’une diminution de la quantité d’oxygène et d’hydrogène contenus dans la résine ce qui a pour conséquence une augmentation de sa densité et de sa dureté. Fort de cette compréhension, les procédés de retrait de la résine plasma par les chimies conventionnelles ou de nouvelles chimies ont été étudiés, le but étant de ne pas laisser de résidus, d’avoir le minimum d'impact sur les substrats et d’atteindre une vitesse de retrait la plus rapide possible. Les chimies oxydantes ont montré les plus grandes vitesses de retrait mais des résidus de SiO2 provenant de la pulvérisation du substrat sont toujours présents. Au contraire, les chimies réductrices sont efficaces pour retirer les résidus mais ont une vitesse de retrait plus faible. Avec ces chimies contenant de l’hydrogène, deux phénomènes ont pu être observés : le popping et le blistering qui correspondent respectivement à la formation de bulles dans la résine et dans le substrat. Ces phénomènes ont été étudiés et des solutions ont été apportées. / Stripping photoresist after High Dose Implantation (HDI) is becoming a critical step with the increase of both implantation acceleration energy and dose. During this step, the photoresist is bombarded by the ions and a modified layer called “crust” is formed at the surface. This layer is difficult to remove with current processes and plasma chemistries without leaving residues and damaging the materials in presence. This study focuses first on the implanted photoresist characterization to understand the photoresist modifications induced by the implantation on the setting of robust experimental protocols. The major phenomenon observed is the resist crosslinking with a decrease of the oxygen and hydrogen content which results in an increase of photoresist density and hardness. Thanks to this understanding, the dry strip process using standard or alternative chemistries has been studied in terms of residues removal efficiency, impact on substrate and ashing rate. The oxidative chemistries allow to achieve the highest ashing but some SiO2 residues coming from substrate sputtering remain. On the contrary, the reductive chemistries are efficient to remove residues but the ashing rate is lower. Besides with such chemistries containing hydrogen, two phenomena are observed: photoresist popping and blistering in the silicon substrate. These issues are studied and solutions are proposed.