L'étirage à froid des tubes d'aluminium extrudés améliore leur fini de surface et augmente leur résistance ; cependant cela diminue leur ductilité. Pour atteindre la ductilité exigée lors des opérations subséquentes de pliage, les tubes sont traités thermiquement après l'étirage à froid. Pour résoudre un problème industriel, ce projet vise à déterminer les conditions de traitement thermique optimales (temps et température) pour obtenir des propriétés mécaniques (limite élastique, limite ultime et allongement à la rupture) exigées par la condition T832 de l’alliage 6063 spécifiée par la norme ASTM associée et éliminer les pertes dues à des ruptures lors du pliage des tubes. De plus, le projet expose l’influence de la quantité de déformation par étirage sur les propriétés après le traitement thermique. Enfin, il cherche à déterminer si le temps de montée en température du four peut contribuer au traitement thermique afin d'augmenter la productivité du procédé. / Cold drawing of extruded aluminium tubes not only improves the surface quality but also increases their strength, however ductility of the tubes decreases. To improve the ductility required for the following bending operations, tubes are heat treated after the cold drawing operation. To resolve an industrial problem, this research aims to determine the optimal heat treatment conditions for obtaining the required mechanical properties (yield strength, ultimate tensile strength and elongation to fracture) based on the ASTM 6063-T832 temper and also avoiding scraps caused by failure during the bending operation. Moreover, this research investigates the effect of the amount of prestrain imposed by cold drawing on mechanical properties after the heat treatment. Finally, it is interesting to know if the heating period inside the furnace before reaching the targeted temperature could be exploited as part of the required heat treatment to increase the productivity of the process.

L'étude de la déformation de la barre collectrice dans les conditions subies au sein de la cellule de réduction d'aluminium est d'une grande importance pour l'optimisation de l'efficacité et l'augmentation de la durée de vie de la cellule. Ce mémoire nous informe des résultats d'un programme expérimental réalisé sur une barre de collectrice en acier. Le but, est d' étudier son comportement en tenant compte de ses propriétés thermiques, mécaniques et de fluage. Des essais ont été effectués en compression à de basses tensions, de 0,5 à 2MPa et à une température élevée, de 900°C. Différents comportements ont été observés à de faibles contraintes, jusqu'à 2MPa, cela peut être justifié par le temps et le niveau de pression appliqué. L'inspection métallographique a montré l'apparition d'oxydation et de la corrosion sur des échantillons testés, ceci est dû à l'environnement agressif des conditions du test. D'importants efforts et modifications ont été fournis pour éradiquer cet effet et pour améliorer l'exactitude des données de test de fluage obtenus. / The study of the deformation behaviour of the collector bar at conditions experienced within the aluminium reduction cell is of great importance to optimizing the efficiency and increasing the life span of the cell. This mémoire communicates the results of an experimental program carried out on the steel collector bar material (AISI 1006) to investigate its behaviour in relation to its thermal, mechanical and the creep properties. Tests were carried out in compression at low stresses, 0.5 to 2 MPa and high temperature, 900 °C. Different behaviour was observed at low stresses up to 2 MPa, which can be characterised by time and applied stress level. Metallographic inspection showed effect of oxidation and corrosion on tested samples due to the aggressive environment of the test condition, major efforts and modification were made to eradicate this effect and to improve the accuracy of obtained creep test data.

L’objectif général du projet est de valider l’existence d’un effet d’échelle liant temps d’initiation de la corrosion à la taille des éléments en béton armé. Dix-huit poutres ont été fabriquées avec les mêmes caractéristiques, soit : la même section transversale, le même gâchage de béton, le même lot d’acier, la même épaisseur de béton de recouvrement et les mêmes conditions de cure. Le seul facteur qui diffère entre les poutres est la longueur. Six poutres ont été construites avec une longueur de 0,60 m, six de 1,80 m et six de 3,00 m. Les éléments ont été exposés à un environnement salin (3% de NaCl) avec des cycles de mouillage de 2,5 jours et de séchage de 4,5 jours. Il a été confirmé que la taille des éléments en béton armé a une influence sur le temps d’initiation de la corrosion. Ce dernier diminue lorsque la taille de l’élément augmente. / The main objective of the study was to validate the existence of a scale effect of the initiation corrosion time related to the size of the reinforced concrete elements. Eighteen beams were poured with the same characteristics: same cross-section, same concrete pouring, same steel batch, same thickness of concrete and same curing conditions. The only difference between the beams was their length. Six beams were built to the length of 0.60 metres, six to 1.80 metres and six to 3.0 meters. The elements were exposed to a saline environment (3% of NaCl) with wetting cycles of 2.5 days and drying cycles of 4.5 days. It was confirmed that in the work conditions of the project, the size of the reinforced concrete elements has an influence on the corrosion initiation time. The initiation time decreases as the size of the element increases.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les plus récents estimés indiquent que seulement 32% des plastiques post-consommation (emballages, sacs et contenants) sont récupérés par la collecte sélective des matières recyclables au Québec, et une quantité probablement encore moindre est réellement recyclée. Pourtant, le recyclage a été identifié comme une des stratégies clés permettant la mise en place d’une véritable économie circulaire des plastiques. Présentement, un manque de données précises et transférables entre les acteurs de la chaîne de valeurs rend plus difficile l’application de mesures efficaces pour augmenter la qualité des plastiques voués au recyclage thermomécanique. De plus, il existe peu de solutions de recyclage pour les flux de plastiques fortement hétérogènes, alors que la diversité des emballages disponibles sur le marché est sans cesse croissante. Ce travail de recherche avait pour objectif d’étudier la qualité des plastiques mélangés en provenance du centre de tri de Gaudreau Environnement Inc., et de développer une technologie de recyclage applicable aux flux hétérogènes de plastiques. Une caractérisation combinant des équipements industriels et des analyses de laboratoire a permis de dégager un taux de qualité correspondant à la concentration réelle d’un polymère visé dans un échantillon trié par séparateur optique. De plus, la caractérisation des contaminants a démontré que les plastiques faits de polystyrène et de polyvinyle chloré sont sujets à de grandes variations de qualité. Une méthode de recyclage de ces plastiques est proposée ici, soit l’utilisation d’agrégats de plastiques recyclés comme substituts au sable pour des mélanges expérimentaux de béton. Le plastique a généré des bétons ayant une plus grande ténacité élastique et une résistance thermique plus élevée que le béton conventionnel. Cette technique de recyclage a semblé convenir aux flux hétérogènes de plastiques, notamment lorsque plusieurs types de polymères sont présents, car les critères de qualité diffèrent de ceux employés pour évaluer les plastiques voués au recyclage thermomécanique conventionnel. / According to recent estimates, only 32% of all postconsumer plastics are collected by curbside collection programs in the province of Quebec (CANADA), and an even smaller amount may be actually recycled into new products. Recycling has nonetheless been identified as one of the key strategies needed to enable a transition to a fully circular economy for plastics. At this time, a lack of precise data, transferable between all stakeholders of the plastics value chain, prevents the implementation of efficient measures to upgrade the quality of plastics channelled towards thermomechanical recycling. Also, very few recycling techniques are designed for heterogeneous plastic streams, while an increasingly varied array of plastic packaging is found on the consumer market. This research aimed to study the quality of a mixed plastics stream produced by Gaudreau Environnement Inc.’s material recovery facility, and develop a recycling technique able to process an heterogeneous plastic stream. A combination of industrial machineries and laboratory analyses was used to characterize the quality of the mixed plastics, and a quality index was generated to estimate the concentration of a targeted polymer in a sorted plastic stream. A characterization of contaminants showed that polystyrene and polyvinyl chloride streams experienced more variation in terms of quality for recycling. A potential valorization route was investigated, where recycled plastic aggregates were substituted to sand in experimental concrete blends. Plastic aggregates helped confer greater elastic toughness and a higher thermal resistance to concrete. Plastic aggregates with a high bulk density, such as those derived from PVC, generated concretes with the best mechanical performances. This recycling technique seems promising for heterogeneous plastic streams, particularly when several polymers are present, since its quality parameters differ from conventional thermomechanical recycling.

Le Tanfloc est un coagulant organique naturel à base d’extrait de tanin. Ce produit est issu du métabolisme de certaines plantes, dont l’Acacia mearnsii, qui est utilisé pour sa production. Selon certaines études, le Tanfloc présenterait des performances d'abattement de la matière organique dissoute comparables à celles de l’alun dans le traitement des eaux de surface, avec l’avantage de ne pas être influencé par le pH. Il pourrait être également utilisé comme l’alun, dans le traitement des eaux usées, pour l'abattement de la DCO (Demande chimique en Oxygène), de la MES (Matière En Suspension) et de la demande biologique en oxygène. Contrairement aux autres coagulants organiques naturels, tels que le Moringa, le Tanfloc est présenté comme le coagulant organique qui pourrait être un alternatif aux coagulants inorganiques tels que l’alun, dont l’utilisation présente quelques inconvénients. Les objectifs de cette étude, sont d’améliorer les connaissances sur ce coagulant : ses mécanismes de coagulation, ses performances, et d’étudier les possibilités de son utilisation dans le traitement des eaux usées et dans la potabilisation en comparaison avec l’alun. En eau potable, les résultats de séries de jar tests réalisées avec des sources d’eau différentes (Fleuve Saint Laurent et la Rivière Chaudière), montrent que le résiduel de COD (Carbone organique dissous) du Tanfloc en plus de dégrader la qualité de l’eau traitée, implique une demande en chlore plus élevée. Cependant, il semble que cet apport de COD ne soit pas précurseur des sous-produits de désinfection. En outre, tout comme l’alun, ses performances sont influencées par la variation du pH, de la dose et des caractéristiques de l’eau brute. En eaux usées, bien qu’il ne permette pas l’abattement de l’azote total et du phosphore total, le Tanfloc pourrait être utilisé dans le traitement des eaux usées (traitement primaire), car il permet selon nos résultats un meilleur abattement de la DCO et de la MES que l’alun. En outre, le caractère organique des boues produites suite à l’utilisation du Tanfloc pourrait améliorer leurs valorisations. / Tanfloc is a tannin extracts-based natural and organic coagulant. Tannin is derived from the metabolism of some plants like Acacia mearnsii which is used in its production. Some studies suggest that Tanfloc offers a reduction performance of dissolved organic matter similar to that of alum for the treatment of surface waters, with the advantage that the pH has no impact on it. Like alum, it can be used in waste water treatment to reduce Chemical Oxygen Demand (COD), Suspended Solids (SS), and Biological Oxygen Demand. Unlike other natural organic coagulants such as Moringa, Tanflloc is seen as the organic coagulant which might be a suitable alternative to inorganic coagulants like alum whose use presents some disadvantages. The objectives of this research were to improve on the knowledge about this coagulant: how it works, its performance; and to investigate its potential use in waste and potable water treatment as compared to alum. As far as potable water is concerned, the results of jar tests on different water sources (St. Lawrence River and Chaudière River) show that Tanfloc’s DOC (Dissolved Organic Carbon) residual does not only degrade treated water quality, but also involves a higher chlorine demand. However, it appears that this COD residue is not a harbinger of disinfection by-products. Moreover, as it is the case with alum, pH variation, dosing, and raw water characteristics have an impact on Tanfloc’s performance. As far as waste water is concerned, although Tanfloc does not reduce total nitrogen and total phosphorus, it can be used in waste water treatment (primary treatment) because our results suggest that it enables a better reduction of COD and SS than alum. Furthermore, the resulting sludge from Tanfloc’s use is organic and this can add to its valuation.

La réaction alcalis-silice (RAS), une réaction chimique entre certaines phases minérales siliceuses des granulats et les hydroxydes alcalins de la solution interstitielle du béton, fait partie des processus affectant la durabilité des infrastructures en béton. Au cours des dernières années, plusieurs méthodes ont été développées afin d’évaluer l’état actuel et le potentiel de détérioration future de bétons atteints de RAS. Parmi celles-ci, les méthodes pétrographiques du Damage Rating Index (DRI) et de l’Analyse d’Image (AI) sur plaques polies imprégnées à la résine époxyde fluorescente possèdent le potentiel de devenir des outils diagnostiques du degré d’endommagement du béton affecté par la RAS, paramètre critique lors de la sélection des méthodes de réfection des structures affectées. Ce projet consiste à développer une approche d’analyse pétrographique semi-quantitative de l’état d’endommagement de bétons affectés par la RAS par une combinaison de l’AI et du DRI. Pour ce faire, le niveau d’endommagement microstructural de bétons incorporant différents types de granulats réactifs a été évalué par ces deux méthodes et les résultats analysés de façon critique.

Il existe un manque d’information technique dans l’industrie quant à l’emploi du mortier projeté à basse vitesse, particulièrement pour les réparations structurales. En effet, les faibles vitesses de projection des particules génèreraient une énergie de consolidation limitée du matériau et une adhérence potentiellement compromise avec la surface réceptrice. De plus, les barres d’armature sembleraient difficiles à enrober, un élément essentiel au succès de travaux de réfection. Par opposition, le béton projeté traditionnel utilise la vitesse pour répondre aux exigences de consolidation, d’adhérence et d’enrobage des barres d’armatures. Conséquemment, l’objectif de ce projet de recherche est de cerner les différences techniques entre le mortier projeté à basse vitesse et le béton projeté, notamment par l’emploi de différents équipements. L’examen du mortier projeté à basse vitesse a permis d’établir les différences en termes de technique de mise en place, de propriétés mécaniques et de durabilité du matériau, de qualité de la réparation et de vitesse de projection des particules. La composition des mélanges permet l’obtention de très bonnes propriétés mécaniques et d’une grande durabilité du matériau, et ce peu importe le type de lance utilisé et la quantité d’air ajoutée pour accélérer le matériau à la sortie de la lance. De plus, ces mortiers offrent d’excellentes valeurs d’adhérence sur le substrat de béton à réparer. Les distinctions se trouvent davantage liées à la mise en place et à la vitesse de projection des particules. En effet, le mortier projeté à basse vitesse ne produit pratiquement aucun rebond et les vitesses de projection produites sont très faibles et dépendent des équipements utilisés (2,6 à 4,5 m/s contre 33 m/s en béton projeté par voie humide). Les résultats démontrent qu’une manipulation de la lance adaptée au type de procédé pneumatique utilisé est l’élément essentiel à la réalisation des travaux de qualité. Ainsi, suivant la sélection de la lance la plus adaptée, une nouvelle technique de mise en place est développée pour réaliser de bons enrobages de barres d’armature de faible diamètre avec le mortier projeté à basse vitesse. / There is a lack of technical information in the industry about the use of Low Velocity Sprayed Mortar (LVSM), specifically for structural repairs. Indeed, the low velocities of the particles would generate a limited consolidation energy of material and a potentially compromised adhesion with the receiving surface. Furthermore, reinforcing bars would seem difficult to encapsulate, an essential element for the success of durable works. In contrast, traditional shotcrete uses velocity to meet the requirements of consolidation, adhesion and reinforcing bars encapsulation. Consequently, the objective of this research project is to determine the technical differences between LVSM and shotcrete, especially by the use of different equipment. The LVSM investigation has allowed to establish the differences in terms of placement technique, mechanical and durability properties, repair quality and particles velocities. The composition of good mortar mixture allows to reach very good mechanical properties and good material durability, regardless of the nozzle type and air flow used to accelerate the material at the nozzle. Furthermore, theses mortars gave excellent adhesions on the repaired concrete substrate. The distinctions are more about the placement method and particles velocity. Indeed, LVSM does not produce rebound and the particles velocities measured are very low and depend of the equipment (2,6 to 4,5 m/s against 33 m/s in wetmix shotcrete). The results demonstrate that an adapted placement technique is an essential element to achieve a successful application. Thus, following the selection of the most appropriate nozzle, a new placement technique is developed to adequately encapsulate reinforcing bars of small diameter with LVSM.

La connaissance du comportement différé du béton soumis aux charges élevées est nécessaire pour prévoir la durée de vie des structures à long terme. En particulier dans le cas des ouvrages d’art, cette connaissance est primordiale pour prédire les flèches, l’ouverture de fissure, la redistribution des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des structures en béton précontraint. Par ailleurs, la prédiction de l’évolution de la fissuration dans le temps, dans le but d’estimer la durée de vie des structures, est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques pertinents au regard des mécanismes de fissuration du béton peuvent offrir. L'objectif de ce travail, pour premier temps, s’intéresse aux mécanismes de fluage non linéaire dans le béton, puis développer un modèle numérique permettant de simuler le fluage tertiaire qui est supposé être à l’origine de l’interaction entre humidité relative et la microfissuration afin de prédire la flèche et l’ouverture de fissure et, a fortiori, la durée de vie. Ce modèle a été développé dans le code aux éléments finis OOFEM, se basant sur le modèle de réseau (lattice model). Pour ce faire, trois programmes ont été mis en route. Le premier consiste à valider le problème de couplage hydro-mécanique en étudiant l’évolution de la perméabilité du béton lors de la traction d’une barre d’armature. La deuxième vise à développer et implémenter les équations non linéaires de transfert de l’humidité relative couplées avec l’endommagement pour prévoir l’ouverture de fissure des poutres préfissurées en flexion quatre points soumis à une charge maintenue élevée. Finalement, le programme expérimental a été réalisé sur des poutres entaillées en flexion quatre points pour valider le modèle proposé, en utilisant la technique de corrélation d’images. Les effets de l’hétérogénéité et le rapport Eau / Ciment (E/C) ont été considérés lors de l’évolution de l’ouverture de fissure. Les résultats montrent que le modèle proposé est capable de simuler l’ouverture de fissure dans le temps des bétons renforcés de fibres (BRF) sous des charges maintenues élevées. / Knowledge of the delayed behaviour of concrete subjected to a high load is necessary for predicting the serviceability of concrete structures. In particular, in the case of civil engineering structures, this knowledge is an influential aspect for predicting deflection, development of microcracking in concrete structures, stress redistribution in hyperstatic structures and prestressing losses in pre-stressed concrete structures. Moreover, the prediction of the evolution of cracking with time in order to estimate the lifetime of structures is an advantageous and promising prospect that only numerical models relevant to the mechanisms of cracking of concretes can offer. The objective of this work is first to investigate the mechanisms of tertiary creep in concrete and then to develop a numerical model to simulate the nonlinear creep behaviour which is supposed to cause the interaction between relative humidity and microcracking in order to predict the deflection and the crack opening as well as the lifetime. This model was developed in the OOFEM finite element code, based on the lattice method. To perform this, three programs were launched. The first one was to validate the hydromechanical coupling problem by examining the evolution of the permeability of reinforced concrete under tensile loading. The second program aimed at developing and implementing the non-linear equations of the relative humidity transfer coupled with damage mechanics to predict the crack opening of the four points bending test on pre-cracked beam subjected to a high sustained load. Lastly, the experimental program was carried out on beams notched to validate the proposed model, using the digital image correlation technique. The effects of heterogeneity and the water-to-cement ratios (E/C) were considered to estimate the effect of those parameters during the evolution of the crack opening. The results show that the proposed numerical model is capable of simulating the deflection and crack opening with time of fiber reinforced concrete (FRC) under high sustained loads.

La durabilité des infrastructures de béton est un sujet qui suscite aujourd'hui un intérêt grandissant en Amérique du Nord. L'entretien et la réfection de ces structures exigent une part croissante des fonds publics puisque plusieurs ouvrages arrivent à la fin de leur vie utile. Les propriétaires et gestionnaires d'ouvrages demandent donc des réparations durables pour prolonger la durée de vie de leurs infrastructures. Pour qu'une réparation soit efficace et durable, plusieurs aspects sont à considérer: une préparation de surface adéquate, le choix du bon matériau de réparation, et le choix d'une méthode de mise en place appropriée. Le béton projeté s'avère être une technique de mise en place privilégiée pour la réparation des infrastructures en béton car ce procédé est rapide et ne nécessite pas de système de coffrage complexe. Lorsqu'un béton projeté est préconisé dans un devis, que ce soit pour une réparation ou une structure neuve, l'ingénieur doit généralement spécifier une valeur de résistance à la compression minimale (ASTM C1604), et une valeur d'absorption maximale (ASTM C642). L'absorption est un paramètre souvent spécifié afin de s'assurer que le béton projeté rencontre des critères de durabilité suffisants. Contrairement à ce qui apparaît souvent dans la documentation scientifique, il n'y a pas de relation directe entre la résistance en compression d'un béton et son absorption. Les paramètres qui influencent l'absorption d'un béton projeté sont mal compris. Ainsi, pour respecter le critère d'absorption maximale spécifié dans les devis, les concepteurs de mélanges maîtrisent mal les paramètres à modifier et il en résulte un processus de conception qui peut être itératif et peu économique. L'état actuel des connaissances concernant la durabilité du béton projeté est limité. Des critères qualitatifs ont été suggérés, permettant de relier la qualité générale d'un béton projeté à son absorption. Toutefois, ces critères sont basés sur l'expérience, et manquent malheureusement de fondements scientifiques. Bien qu'il soit simple et pratique, ce système de classification n'offre pas d'explication sur la relation entre l'absorption d'un béton projeté et sa durabilité face aux agents agressifs. L'essai d'absorption donne une idée générale du volume des vides capillaires d'un béton, alors qu'il est généralement reconnu que la pénétration d'agents agressifs suit un processus diffusionnel. Ce projet de recherche comporte deux objectifs principaux. D' abord, il s' agit de déterminer l'influence des différents paramètres de projection et des caractéristiques des mélanges sur l'absorption du béton projeté. Ceci permettra l'optimisation de la formulation des mélanges puisque les principes de conception actuels sont essentiellement fondés sur la résistance mécanique et sur le rebond. La seconde partie du travail a comme objectif d' établir un critère d'acceptation des bétons projetés en matière de durabilité. Cette étude tentera d'identifier clairement la relation entre l'absorption d'un béton projeté et ses propriétés de transport. Pour atteindre ces objectifs, le programme expérimental qui a été mis sur pied consiste à produire et caractériser plusieurs mélanges de bétons, tant projetés que mis en place de façon gravitaire. Les résultats démontrent que les principaux paramètres qui influencent l'absorption du béton projeté sont le rapport EIL et le volume de pâte de ciment hydraté. Ce dernier paramètre est toutefois fonction de la granulométrie initiale du mélange. Finalement, il est démontré que l'essai d'absorption n'est pas un paramètre fiable pour prédire la pénétration des ions chlorures dans les matrices cimentaires. Les résultats de cet essai sont faiblement corrélés avec le coefficient de diffusion, qui constitue une propriété de transport fondamentale à l'égard de la durabilité.

Les situations d’urgence dans les pays en voie de développement amènent les populations locales à vivre sans accès à de l’eau propre à la consommation. Afin de répondre à de telles situations, un projet de développement d’un décanteur lamellaire transportable a débuté avec, comme objectif, d’obtenir un système permettant d’abaisser la turbidité d’une grande variété d’eaux brutes, pouvant être rencontrées sur le terrain, à un niveau de 5 UTN ou moins. À la suite des deux premières phases du projet (2011 et 2013), un travail de maîtrise ayant pour objectif d’améliorer la performance du système a été effectué et fait l’objet du présent mémoire. Ce travail inclut des essais en laboratoires à l'université Laval (Canada) ainsi que la construction de la version finale du système à Pune (Inde). Globalement, l’ajout d’un déversoir longitudinal et d’une plaque de déflection trouée au-dessus des lamelles du décanteur a permis d’améliorer la répartition du débit à travers ces lamelles. Également, un floculateur hydraulique à chicanes en configuration « autour de l’extrémité » a été construit et a permis d’atteindre l’objectif de traitement (5 UTN). / Emergencies in developing countries bring local population to live with a lack of safe drinking water. In order to answer these crisis, a transportable plate settler project was started and aimed at developing a system which would be able to reduce the turbidity of a great variety of raw water which can be found on the field during an emergency to 5 NTU or less. After the first two phases of the project (2011 and 2013), a master degree project was started with the aim of further improve the performance of the system and is the object of the present dissertation. This work includes laboratory tests at Laval University (Canada) and the construction of the final version of the system in Pune (India). In general, a lengthwise launder and a ported baffle were added above the settling plates allowed a better distribution of the flow though those plates. Also, a baffle hydraulic floculator in an "around-the-end" configuration was built and has allowed to achieve the performance objective (5 NTU).