Les revêtements poudres UV suscitent un développement croissant en raison, entre autres, de leurs qualités et de leur respect de la législation sur la minimisation des émissions polluantes. Un nouveau revêtement poudre UV à base de (co)polyamide de faible masse molaire et porteur de fonctions réactives sous UV a été élaboré en vue d'une application sur des supports sensibles aux hautes températures. Nous avons donc synthétisé un copolyamide 6/11/12 alpha, oméga-insaturé présentant une température de fusion de 107°C et une masse molaire moyenne en nombre de 7250 g/mol. L'irradiation sous UV de ce copolyamide, en présence de 4 % en masse de benzophénone, a permis, par polymérisation des doubles liaisons allyliques et formation des liaisons covalentes au niveau des ponts amide, de compenser la perte de cristallinité en le réticulant. Le revêtement obtenu, bien que restant à optimiser, a montré globalement de meilleures propriétés que celles des matériaux références fournis par Arkema. / UV powder coatings are developed continuously because of their qualities and their respect for legislation on the minimization of polluting programs. A new UV powder coating (co)polyamide based of weak average molar mass and bearing UV-reactive functions has been worked out for high temperatures sensitive substrates application. We therfore synthesised an alpha,omega-insatured copolyamide 6/11/12 having a weak melting temperature of 107° C and a number-average molar mass of 7250 g/mol. Under UV radiation, and in presence of (-wt) 4% of benzophenone, polymerization of allylic double bonds of this copolyamide and formation of links at the level of amide functions allows to compensate the loss of crystallinity by crosslinking. The obtained coating, although remaining to optimise, showed properties on the whole better than those of reference materials provided by Arkema.

Les matériaux poreux représentent une solution idéale en ingénierie tissulaire car leur structure peut offrir un environnement tridimensionnel aux cellules similaire à leur matrice extracellulaire tout en maintenant de bonnes propriétés mécaniques. Une première partie de cette thèse consiste à développer des matériaux poreux en polyuréthane (PU), dont l’architecture est contrôlée pour favoriser au mieux la survie et la croissance des cellules. Ces matériaux sont combinés à des traitements de surface (revêtement de polydopamine (PDA) et traitement plasma) pour augmenter notamment l’adhésion des cellules. Nous avons pu démontrer que le diamètre des interconnexions (i.e. l’ouverture connectant deux pores adjacents) impacte profondément la survie et l’organisation des cellules à long terme dans le matériau. Le revêtement de PDA s’est révélé efficace pour des cellules de type fibroblaste, alors que le traitement plasma favorise la colonisation des cellules souches mésenchymateuses (MSCs). Par ailleurs, nous avons étudié l’influence de la formulation du PU sur les capacités d’adhésion des cellules au matériau. Nous avons démontré que pour un ratio donné entre les réactifs, l’adhésion des cellules peut être exclue ou permise. Finalement, nous avons mis un gel de peptides auto-assemblés dans les pores du matériau pour fournir aux cellules un environnement similaire à leur matrice extracellulaire. Nous avons pu montrer que le gel permet d’augmenter la prolifération des MSCs. / Porous materials are an ideal solution in tissue engineering since they can provide a three-dimensional environment to the cells that is close to their extracellular matrix while keeping suitable mechanical properties. In the first part of this Thesis we develop porous materials made from polyurethane (PU) whose architecture is controlled to allow cells colonisation and growth. These materials are subsequently surface-treated (polydopamine (PDA) coating and plasma treatment) to enhance the adhesion of the cells. We were able to show that the interconnection diameter (i.e. the aperture connecting two adjacent pores) has an important impact on the long-term cell survival and organization in the material. Polydopamine coating was shown to be efficient for fibroblasts, whereas plasma treatment promoted mesenchymal stem cells (MSCs) colonisation. Besides, we also studied the influence of the PU formulation on the adhesion capacity of the cells. We demonstrated that at a given ratio between the reactants, cell adhesion could be allowed or prevented. Finally, we put a hydrogel of self-assembled peptides inside the pores of the material to provide an environment close to the extracellular matrix for the cells. We could show that the gel increases the proliferation ability of MSCs. In summary, this Thesis puts forward the important interplay between material properties and morphology of porous scaffolds.

La scie circulaire munie de dents en carbure de tungstène cémenté est largement utilisée dans la première transformation du bois. L'usure des dents a un effet négatif sur la qualité de la surface, la précision du sciage, la récupération du bois, le coût de production et la fiabilité du processus des scieries. Dès lors, l'amélioration de la résistance à l'usure de la scie circulaire est d'une grande importance. Le but du présent travail de recherche était de prolonger la durée de vie des scies circulaires utilisées dans la première transformation du bois. L'objectif a été atteint grâce à l'optimisation de la micro-géométrie de leurs arêtes de coupe, jumelée à la technique de dépôt physique en phase vapeur (PVD). Une série d'expériences industrielles et de laboratoire ont été menées. La première partie de cette recherche a montré que la modification de micro-géométrie des arêtes de coupe permettait de diminuer l'usure des scies de 2 à 3 fois par rapport aux scies conventionnelles. Cela s'explique par les changements que la géométrie des arêtes de coupe induit sur les mécanismes d'usure. Ainsi, pendant que les dents de géométrie conventionnelle s'usaient par écaillage, fissuration, abrasion et déformations plastiques, celles modifiées présentaient une diminution significative de l'usure par écaillage et fissuration. De plus, la modification des arêtes de coupe a contribué à réduire les variations de sciage entre et à l'intérieur des planches ainsi que la variation totale de sciage de 36 %, 38 % et 35%, respectivement. La deuxième phase de cette recherche s'est concentrée sur l'effet de la micro-géométrie d'ingénierie variable sur la qualité de surface des planches d'épinette, de pin gris et de sapin baumier (SPF). Une stratégie a été élaborée pour couper le bois sur le banc d'essai où les paramètres de coupe ont été choisis pour être identiques à ceux de la scierie. Des scies à trois niveaux d'usure (après 0, 255 et 900 min de travail dans une scierie) ont scié des équarris dans des conditions de bois gelé et non gelé. La qualité de surface des planches produites sur le banc d'essai a été évaluée à l'aide de paramètres standard de rugosité et d'ondulation. Les résultats de l'analyse de covariance (ANCOVA) ont révélé que les scies modifiées surpassaient considérablement la scie conventionnelle en termes de finition de surface du bois. La dernière partie de ce travail a porté sur la caractérisation de l'efficacité de la modification de la micro-géométrie d'ingénierie variable des arêtes de coupe des scies en combinaison avec l'utilisation de revêtements PVD des dents sur leur résistance à l'usure. Quatre revêtements multicouches ont été déposés sur des substrats WC-Co pour évaluer leurs propriétés tribo-mécaniques. Le CrN/CrCN s'est avéré le meilleur revêtement en termes d'adhérence et de résistance à l'usure. Suite à cela, des essais de caractérisation d'usure de scies ont été effectués dans des conditions de production industrielle avec trois types de scies: 1-revêtue et l'arête de coupe modifiée, 2-non revêtue et l'arête de coupe modifiée, et 3-revêtue et telle que fabriquée (non modifiée). La scie 1 a réduit le taux d'usure de 46 % et 16 % par rapport aux scies 3 et 2, respectivement, lors des premiers 480 min de sciage. Cette réduction a atteint 73 % et 41 %, respectivement, lorsque le sciage s'est poursuivi jusqu'à 960 min. / Circular saws with cemented tungsten carbide teeth are broadly used in primary wood processing. The wear of teeth has an adverse effect on surface quality, sawing accuracy, lumber recovery, production cost, and process reliability of sawmills. Therefore, improving the wear resistance of circular saws is of great importance. The goal of this research was to extend the life of circular saws used in primary wood processing. This was accomplished through optimization of the micro-geometry of cutting edges of saws and the application of coatings via the physical vapor deposition (PVD) technique. A set of industrial and laboratory experiments were conducted. The first part of this research showed that the modification of the micro-geometry of the cutting edges made it possible to reduce the wear of the saws by 2 to 3 times compared to conventional saws. This is explained by the changes that the geometry of the cutting edges induces on the wear mechanisms. Thus, while teeth with conventional geometry wear by chipping, cracking, abrasion and plastic deformation, the modified ones showed a significant reduction in wear by chipping and cracking. In addition, the modification of the cutting edges helped to reduce sawing variations between and within the boards as well as the total sawing variation by 36%, 38% and 35%, respectively. The second phase of this research focuses on the effect of variable engineered micro-geometry on the surface quality of spruce-jack pine-balsam fir (SPF) boards. Therefore, a strategy was devised to cut the wood on a test bench where the cutting parameters were selected to be identical as those of the sawmill. Saws with three levels of wear (after 0, 255, and 900 min of working at a sawmill) processed the cants under frozen and unfrozen wood conditions. The surface quality of boards produced on the test bench was assessed using standard roughness and waviness parameters. The results of the analysis of covariance (ANCOVA) revealed that the saw with a waterfall hone edge profile significantly outperformed the conventional saw in terms of wood surface finish. The final part of this work focused on characterizing the effectiveness of modifying variable engineering micro-geometry of saw cutting edges in combination with the use of PVD coatings of the teeth on their wear resistance. Four multilayer coatings were deposited on WC-Co substrates to evaluate their tribo-mechanical properties. CrN/CrCN proved to be the best coating in terms of adhesion and wear resistance. Following this, the wood processing was conducted under industrial production conditions with three types of saws: 1- coated and the modified cutting edge, 2- uncoated and the modified cutting edge, and 3- coated and as manufactured (unmodified). Saw #1 reduced the wear rate by 46% and 16% compared to saws #3 and #2, respectively, during the first 480 min of sawing. This reduction reached 73% and 41%, respectively, when sawing continued for up to 960 min.

The cold gas dynamic spray process developed in the middle of the 80’s reached the industrial stage in development. Even so, many scientific investigations still go on. The nature of the bond between the coating and the substrate is the subject of some controversy. The development of the process will be improved by understanding how the properties of the powder and the mechanical properties of the substrate influence the bonding process. This study analyses the basic dynamics of the process when copper is sprayed.<p>• The one dimensional isentropic model of the gas behaviour in a Laval type nozzle allows evaluating the effect of the gas stagnation pressure P0 and temperature T0 on the impact velocity and temperature of the powder particle.<p>• The analysis of single splats on two substrates (aluminium and steel) shows the influence of the substrate on the deformation of single particles and the influence of the impact speed on the impact shape.<p>• Coatings are made of with powders with a specific size distribution. Two copper powders with a different size distribution are compared based on the deposition efficiency (D.E.) and the mechanical properties of the coating. The mechanical properties tested are the microhardness, the bond strength and the nanohardness.<p>• X-ray diffraction will show that the two powders have an initial very different microstructure. The consequence of this is a different deformation mechanism during the coating build up.<p>• An Auger analysis of the interface has shown the presence of diffusion zone when copper was sprayed on the Al and TA6V substrate.<p>It appears that the size distribution will determine the final impact conditions of the powder. The microstructure of the powder and the oxide content of the powder yield different deformation processes and may explain the differences in D.E. and mechanical properties. The Auger analysis of the interface has yielded diffusion zone that were not expected but some mechanisms under impact loading can explain their presence./<p>Le procédé de projection thermique à froid a été développé dans le milieu des années 80 et il arrive au stade industriel. Néanmoins, plusieurs développements scientifiques sont encore en cours. La nature du lien entre la poudre et le substrat est toujours l’objet de certaines controverses. Le développement futur du procédé nécessite une bonne compréhension de l’influence de la poudre et des propriétés du substrat sur le mécanisme d’adhérence. Cette étude va mettre en évidence les principaux facteurs influençant la projection de cuivre.<p>• Le modèle unidimensionnel isentropique du gaz parfait dans une buse convergente/ divergente permet de déterminer l’influence de la pression de stagnation et de la température de stagnation sur la vitesse et la température d’impact des particules de poudre.<p>• L’analyse d’impact unique sur les substrats d’acier et d’alliage d’Al (AA2014) montre l’influence du substrat sur la déformation des particules de poudre. La vitesse d’impact a une conséquence importante sur la forme d’une particule projetée sur une surface. <p>• Les revêtements sont fabriqués à partir de poudre avec une granulométrie donnée. Deux poudres avec une distribution de taille différente sont comparées par leur rendement de déposition et les propriétés mécaniques des revêtements obtenus. Les propriétés mécaniques testées sont la microdureté, l’adhérence et la nanodureté.<p>• La diffraction par rayons-X montre que les deux poudres ont initialement une microstructure très différente. Lors de l’impact, les deux poudres vont se déformer de manière différente et ceci se traduit dans la microstructure.<p>• La spectroscopie Auger montre qu’une zone de diffusion s’est formée à l’interface entre le cuivre et les deux substrats d’Al et de TA6V.<p>La distribution de taille des poudres a une influence considérable sur la vitesse et la température d’impact des particules de poudres mais il apparaît que d’autres facteurs ont aussi énormément d’influence. Le taux d’oxyde dans la poudre a une influence très importante sur le rendement et l’adhérence du dépôt. Les deux poudres projetées ont une microstructure initiale très différente et ceci se traduit par une déformation différente des particules de poudre dans le revêtement.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Due to their unique properties, engineered nanomaterials are now widely used in numerous commercial products. Cerium oxide (CeO2) nanoparticles (NPs) are among the most commonly used engineered NPs, with applications in surface coatings, catalysis, the manufacturing of semiconductors, biomedicine and agriculture. With the significant increase in the production and use of CeO2 NPs, concern is increasing over their release into the environment and their subsequent fate and toxicity. In order to evaluate their environmental risk, it is necessary to detect, quantify and characterize the NPs in all environmental compartments. Unfortunately, analyses of NPs in natural systems are challenging due to their small sizes, their low concentrations (∼ ng L-1) and the complexity of environmental matrices, which also contain natural colloids. Single particle inductively coupled plasma mass spectrometry (SP-ICP-MS) is a specific and sensitive technique that enables the detection of very low concentrations (∼ ng L-1) of NPs and it can provide information on their number concentrations, sizes, and size distributions. This technique is often limited by high size detection limits (SDL). However, it is especially important to obtain rigorous size, concentration, and fate data for the smallest NPs, since they are expected to have the greatest environmental risk. To that end, the specific objective of this thesis was to develop an improved method for the detection, quantification, and characterization of CeO2 NPs in complex natural waters using SP-ICP-MS. The project was then divided into several objectives: (1) decrease the SDL for CeO2 NPs; (2) optimize the preparation method for natural water samples; (3) apply the preparation and the analysis methods to detect, quantify, and characterize CeO2 NPs in several natural water samples and commercial products, such as a paint and a stain; (4) identify the origin (natural or engineered) of the detected CeO2 NPs; (5) quantify and characterize the release of CeO2 NPs from paint and stain under natural weathering scenarios; and (6) evaluate the effect of different physicochemical conditions (pH, ionic strength, and NOM) on the fate of CeO2 NPs after their release. A high sensitivity sector field ICP-MS (SF-ICP-MS) with microsecond dwell times (50 μs) was used to lower the SDL of CeO2 NPs to below 4.0 nm. While filtration is often used as a preparation method for SP-ICP-MS, its effect on the concentrations and sizes of NPs is unknown. For this purpose, the interactions between six different membrane filters and CeO2 NPs in aqueous samples were examined. The highest recoveries were observed for polypropylene membranes, where 60 % of the pre-filtration NPs were found in a rainwater and 75% were found in a river water. Recoveries could be increased to over 80% by pre-conditioning the filtration membranes with a multi-element solution. Similar recoveries were obtained when samples were centrifuged at low centrifugal forces (≤1000xg). SF-ICP-MS was then used to detect CeO2 NPs in Montreal rainwater, St. Lawrence River water, a paint, and a stain. A significant decrease in the concentrations of CeO2 NPs, initially contained in paint and stain, was measured over time under different conditions, which was attributed to agglomeration and/or dissolution. Finally, when painted and stained panels were placed outside, the released Ce in the precipitation was mainly in the dissolved form with no significant release of CeO2 NPs. / En raison de leurs propriétés uniques, les nanomatériaux manufacturés sont maintenant largement utilisés dans de nombreux produits commerciaux. Les nanoparticules (NPs) de dioxyde de cérium (CeO2) sont parmi les NPs manufacturées les plus couramment utilisées, avec des applications dans les revêtements de surface, la catalyse, la fabrication de semi-conducteurs, la biomédecine et l’agriculture. Avec l’augmentation significative de la production et l’utilisation des NPs de CeO2, l’inquiétude grandit quant à leur rejet dans l’environnement et à leur devenir et toxicité subséquente. Afin d’évaluer leur risque environnemental, il est nécessaire de détecter, quantifier et caractériser les NPs dans tous les compartiments environnementaux. Malheureusement, les analyses des NPs dans les systèmes naturels sont difficiles en raison de leurs petites tailles, de leurs faibles concentrations (∼ ng L-1) et de la complexité des matrices environnementales, qui contiennent également des colloïdes naturels. La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif en mode particule unique (SP-ICP-MS) est une technique spécifique et sensible qui permet la détection de très faibles concentrations (∼ ng L-1) de NPs en fournissant des informations sur leurs concentrations en nombre, leurs tailles et leurs distributions de taille. Cette technique est souvent limitée par des limites de détection de taille (SDL) élevées. Cependant, il est particulièrement important d’obtenir des données précises sur la taille, la concentration et le devenir des plus petites NPs, qui présentent un plus grand risque environnemental. À cette fin, l’objectif spécifique de cette thèse était de développer une méthode améliorée pour la détection, la quantification et la caractérisation des NPs de CeO2 dans les eaux naturelles complexes à l’aide de SP-ICP-MS. Le projet a ensuite été divisé en plusieurs parties : (1) diminuer la SDL pour les NPs de CeO2; (2) optimiser la méthode de préparation des échantillons d’eau naturelle; (3) appliquer les méthodes de préparation et d’analyse pour détecter, quantifier et caractériser les NPs de CeO2 dans plusieurs échantillons d’eau naturelle et produits commerciaux, telles qu’une peinture et une teinture; (4) identifier l’origine (naturelle ou manufacturée) des NPs de CeO2 détectées; (5) quantifier et caractériser le relargage des NPs de CeO2 de la peinture et de la teinture sous différents scénarios météorologiques; et (6) Évaluer l’effet des différentes conditions physicochimiques (pH, force ionique, et la présence de la matière organique naturelle) sur le devenir des NPs de CeO2 après le relargage. Un ICP-MS à secteur magnétique (SF-ICP-MS) à haute sensibilité avec des temps d’acquisition (i.e. ‘dwell times’) à l’échelle de microsecondes (50 μs) a été utilisé pour diminuer la SDL des NPs de CeO2 à moins de 4.0 nm. Alors que la filtration est souvent utilisée comme méthode de préparation pour le SP-ICP-MS, son effet sur les concentrations et les tailles des NPs est inconnu. Pour cela, les interactions entre six filtres avec des membranes différentes et les NPs de CeO2 dans des échantillons aqueux ont été examinées. Les recouvrements les plus élevés ont été observés pour la membrane de polypropylène, où 60% des NPs de pré-filtration ont été trouvées dans l’eau de pluie et 75% dans les eaux de rivière. Les recouvrements pourraient être augmentés à plus de 80% en préconditionnant les membranes des filtres avec une solution multi-éléments. Des recouvrements similaires ont été obtenus lorsque les échantillons ont été centrifugés à une faible vitesse de rotation (≤1000xg). Le SF-ICP-MS a ensuite été utilisé pour détecter des NPs de CeO2 dans une eau de pluie de Montréal, une eau du fleuve St. Laurent, une peinture et une teinture. En se basant sur le rapport de cérium/lanthane (Ce/La), les NPs de CeO2 détectées dans la pluie sont majoritairement d’origine naturelle alors que celles dans la peinture et la teinture sont manufacturées. Une diminution significative des concentrations des NPs de CeO2, originairement contenues dans la peinture et la teinture, a été mesurée avec le temps, sous l’effet de différentes conditions, ce qui a été attribué à l’agglomération et/ou la dissolution. Finalement, lorsque des panneaux peints et teints ont été placés à l’extérieur, le Ce relargué était principalement sous la forme dissoute, sans relargage significatif des NPs de CeO2.

Des progrès dans les batteries aux ions lithium sont en cours de développement afin de répondre, entre autres, à la demande croissante des hautes densités d'énergie et de puissance pour le réseau électrique et en particulier pour l'application dans les véhicules électriques. Ces derniers remplacent écologiquement les véhicules à moteur à combustion interne et leurs succès est principalement dû à leur efficacité énergétique supérieure, à leurs faibles coûts d'exploitation et à leur profil respectueux de l'environnement par rapport aux véhicules à essence. Parmi les différents matériaux de cathode, les composés d'intercalation LiNixMnyCo1-x-yO2 (NMC) sont les meilleurs candidats pour des applications dans les batteries aux ions lithium à hautes performances. Des efforts sont en cours pour mettre en oeuvre des matériaux cathodiques à base de NMC riches en nickel pour répondre aux besoins environnementaux et énergétiques. Aussi séduisants soient-ils, ces matériaux de cathode présentent certains inconvénients liés à une forte réactivité, notamment à l'interface avec l'électrolyte. Pour contourner ces problèmes, des modifications de surface sont étudiées comme des solutions accessibles pour protéger le matériau actif et améliorer ses performances. Bien que diverses chimies et stratégies de revêtement soient publiées dans la littérature, notre approche consistant à combiner la synthèse et la modification de surface du matériau actif en une étape est aussi simple qu'efficace. Le présent manuscrit porte sur l’étude de ce composé. Deux méthodes de revêtement de surface ont été étudiées et leur matériau revêtu résultant a été comparé au matériau non revêtu. Après une caractérisation détaillée de ces matériaux, des études électrochimiques ont été menées afin d’évaluer leurs performances. Enfin, notre NMC622 revêtu de LiAlO2 en une seule étape s'est avéré efficace pour contrer la dégradation de la capacité du NMC et pour améliorer la stabilité structurelle des particules, améliorant ainsi leur cycle de vie. / Advances in lithium-ion batteries are being developed in order to meet, among other things, the increasing demand for high energy and power densities for the electric power grid and especially for application in electric vehicles. The latter are a green replacement for internal combustion engine vehicles, and their success is mostly due to their higher energy efficiency, low operating costs and eco-friendliness compared to gasoline-powered vehicles. Among various cathode materials, LiNixMnyCo1-x-yO2 (NMC) intercalation compounds are the best candidates for applications in high performance lithium-ion batteries. Efforts are underway to implement nickel-rich NMC-based cathode materials to meet environmental and energy needs. As appealing as they are, these cathode materials present certain drawbacks associated with high reactivity, especially at the interface with the electrolyte. To circumvent these issues, surface modifications are investigated as accessible solutions to protect the active material and enhance its performance. Although various coating chemistries and strategies are published in the literature, our approach of combining synthesis and surface modification of the active material in a single pot is as simple as it is efficient. The following manuscript will be covering the study of this material. Two methods of surface coating were studied, and their resulting coated material was compared to the uncoated material. After a detailed characterization of these materials, electrochemical studies were carried out to evaluate their performance. Finally, our resulting one pot LiAlO2- coated NMC622 has shown to be effective in counteracting NMC capacity degradation and improving the structural stability of the particles, thereby improving their cycle- life.