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.

Une étude en modèle réduit a été entreprise en vue de déterminer les forces, les moments et le franchissement des vagues sur des murs munis de déflecteurs ou chasse-mer. Ces ouvrages sont placés en bordure des routes longeant la mer, particulièrement sur la péninsule gaspésienne. Les essais ont été effectués dans le canal à houle du laboratoire d'hydraulique de l'Université Laval, sous les conditions de vagues, régulières, de profondeurs d'eau et pour une pente du fond de 1 : 10 devant le mur. Les essais en laboratoire ont également été réalisés sur deux murs de hauteur différente, soit à une échelle de Fraude de 1 : 15. Quatre déflecteurs, ayant des rayons de courbure de 40 et 80 mm à l'échelle de 1 : 15 et de 30 et 60 mm à l'échelle de 1 : 15, ont été testés en laboratoire, de façon à comparer leur effet sur les forces et le franchissement des vagues. Les données des hauteurs de vagues, des forces et des moments ont été enregistrées à l'aide du logiciel DaisyLab®, puis calculées à l'aide du logiciel Matlab et enfin analysées dans Excel pour en obtenir les statistiques de leur variabilité. Le montage expérimental est décrit dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente les différentes conditions des essais effectués en laboratoire. Les résultats et leurs interprétations sont présentés dans le chapitre 4. Le chapitre 5 présente les analyses statistiques. La conclusion et les recommandations découlant de cette étude se retrouvent au dernier chapitre.

Cette thèse s'inscrit en continuité avec les recherches antérieures menées pour développer l'analyse des essais du deflectometre à masse tombante (FWD) par des méthodes dynamiques où la nature transitoire de son chargement est considérée. D'une part, un programme, nommé ADCES, a été développé à l'aide de la méthode des éléments spectraux pour modéliser efficacement la propagation des ondes dans un milieu multicouche axisymétrique sollicité en surface par l'impact du FWD. Chaque couche est considérée isotrope et représentée par un élément spectral viscoélastique linéaire avec amortissement hystérétique ou visqueux. De plus, le problème inverse a été résolut avec le programme UCODE où la méthode Levenberg-Marquardt est utilisée pour minimiser la somme des moindres carrés entre les historiques de déflexion mesurés et calculés afin de déterminer les modules élastiques inconnus des couches de la chaussée. La précision et l'efficacité de la méthodologie d'inversion ADCES - UCODE a été étudiée avec des données synthétiques et expérimentales du FWD. D'autre part, il a été démontré que la méthode dynamique est opérationnelle pour l'analyse des essais FWD, en confrontant les historiques de déflexion prédits avec ceux mesurés indépendamment par six accéléromètres installés en surface dans les champs proche et éloigné. Les essais FWD ont été effectués sur deux chaussées flexibles construites sur un site expérimental près de la ville de Québec, Canada. Les meilleures coïncidences entre les déflexions prédites et mesurées ont été observées lorsque le comportement du revêtement était modélisé avec le modèle viscoélastique d'Huet-Sayegh. La capacité de prendre en compte le comportement visqueux du revêtement constitue un net avantage de la méthode dynamique. Finalement, cette recherche a montrée que les modules élastiques du sol obtenus par calcul inverse selon la méthode dynamique sont plus réalistes que ceux fournis par l'approche statique traditionnelle. / This thesis contributes to the field of research dealing with the development of dynamic methods for falling weight deflectometer (FWD) tests analysis where the transitory nature of its loading is considered. On the one hand, a program, named ADCES, was developed using the spectral element method to efficiently model the propagation of waves in an axisymmetric layered medium subjected to an impact on its surface. Each layer is considered isotropic and represented by a linear viscoelastic spectral element with hysteretic or viscous damping. Moreover, the inverse problem was solved with the program UCODE where the LevenbergMarquardt method is used to minimize the sum of least squares between the measured and computed time deflection histories in order to backcalculate unknown layer elastic moduli. Accuracy and efficiency of the ADCES - UCODE inversion methodology was studied with synthetic and experimental FWD data. On the other hand, this study demonstres that the dynamic method is operational for the analysis for FWD tests by confronting the predicted time deflection histories with those measured independently by six accelerometers installed in the near and far fields. FWD tests were carried out on two flexible pavements built in an experimental test facility near Québec City, Canada. Best agreements between computed and measured deflections were observed when the behaviour of the asphalt concrete surface is modeled with the viscoelastic Huet-Sayegh model. The capacity to take into account the viscous behaviour of the asphalt concrete surface constitutes a clear advantage of the dynamic method. Finally, this research shows that the elastic moduli of the subgrade obtained by backcalculation with the dynamic method are more realistic than those provided by the traditional static approach.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s'intéressent à la texture de la surface coffrée des parements verticaux en béton. Ils ont été divisés en trois volets : l'uni, les vides de compaction et le huilage de surface. Pour étudier l'influence du coffrage et du démoulant sur l'uni, des pâtes de ciment ont été coulées sur des surfaces coffrantes en faisant varier le type de coffrage, le démoulant et la position du coffrage dans le moule. La surface et la tranche des surfaces obtenues ont été étudiées au MEB. Cette étude montre que la texture de la surface des pâtes dépend de celle de la surface coffrante utilisée. La couche de pâte de surface est généralement composée de C-S-H sous forme de grains enchevêtrés sauf pour les parements brillants où la couche de surface est composée de portlandite. Pour étudier l'influence des propriétés rhéologiques sur les vides de compaction, des parements en béton ont été réalisés, à partir d'un même squelette granulaire, en faisant varier le volume de pâte, le rapport E/C et les proportions d'adjuvant des mélanges. Cette étude montre qu'il existe un seuil de cisaillement limite au-delà duquel la quantité de vides de compaction de surface devient importante. La quantité de vides de surface dépend du seuil de cisaillement du mortier des mélanges et de la concentration en granulats. L'étude théorique du bullage des surfaces, montre que les bulles d'air sont toujours plus stables sur la paroi du coffrage, les bulles formées peuvent dans certaines conditions s'évacuer du mélange. La possibilité de mouvement des bulles d'air dépend du seuil de cisaillement des mortiers, de la technique de mise en place et de la rugosité des coffrages. Afin de vérifier expérimentalement les calculs théoriques réalisés, des mortiers de tension superficielle variable ont été coulés sur des surfaces coffrantes sélectionnés pour faire varier l'angle de contact entre le mortier, la bulle et le coffrage. Cette étude confirme que les paramètres déterminant pour le bullage sont le seuil de cisaillement des mortiers, la technique de mise en place et la rugosité des coffrages.

La présente étude a consisté à analyser les caractéristiques hydrauliques de matériaux concassés d'origine granitique. La conductivité hydraulique et la courbe caractéristique de rétention d'eau (CCRE) ont été déterminées pour neuf matériaux granulaires reconstitués. Les matériaux ont été reconstitués à partir du matériau MG-20 de la carrière PEB de Lac-Saint-Charles et à l'aide du fuseau granulométrique pour des matériaux de fondations routières MG-20 recommandé par le ministère des Transports du Québec (MTQ). Les granulométries des matériaux reconstitués ont été divisées en deux groupes caractérisés, d'une part, par la variation du coefficient d'uniformité et, d'autre part, par la variation du pourcentage des particules fines. À partir de la définition des paramètres hydriques des matériaux - la pression d'entrée d'air ([Psi]a) et la conductivité hydraulique saturée (ksat) -, on a établi des relations empiriques entre la porosité de la fraction fine (nf) et les paramètres hydrauliques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent l'influence des conditions initiales de compactage sur les paramètres hydrauliques des matériaux granulaires. L'énergie de compactage ainsi que la teneur en eau à laquelle les matériaux ont été compactés jouent un rôle important sur la structure de la fraction fine des matériaux granulaires reconstitués, ce qui a un impact important sur les paramètres hydrauliques de ces matériaux. Lorsque les matériaux granulaires MG-20 sont compactés à une teneur en eau inférieure à la teneur en eau optimale, ces matériaux présentent une macroporosité qui rend la valeur de la pression d'entrée d'air ([Psi]a) plus faible et la valeur de la conductivité hydraulique saturées (ksat) plus élevée. Cette étude, basée sur le modèle de porosité des matériaux granulaires avec fines de Côté et Konrad (2003), a permis d'établir que la valeur de nf est une caractéristique qui définit bien le comportement d'un matériau MG-20. Les relations empiriques obtenues dans le cadre de ce travail [Psi]a - nf et ksat - nf ont été établies à partir des paramètres hydrauliques et des propriétés de structure du matériau. Ces relations permettent de caractériser d'une manière satisfaisante les matériaux MG-20 et permettent d'obtenir les caractéristiques hydriques du matériau à partir des propriétés de sa structure.

Cette étude a été menée dans le cadre d’un souci des nuisances olfactives présentes autour d’une usine de mélange et de stockage de bitume polymérisé. Le traitement par biofiltration des vapeurs émanant de ce bitume présente un défi particulier puisque cet effluent combine des composés odorants avec des composés organiques volatils (COV). L’objectif général de l’étude était de déterminer l’applicabilité de la biofiltration pour le traitement d’air chargé en vapeurs de bitume. Une analyse exhaustive des vapeurs de bitume a d’abord permis d’identifier plus de 100 composés. Cette analyse a ensuite été utilisée pour créer un mélange gazeux synthétique représentatif des vapeurs de bitume : H2S et cinq COV (hexane, décane, toluène, p-xylène et thiophène). Deux biofiltres pilotes ont alors été alimentés avec cet air vicié pendant une période de 106 jours. Le biofiltre 1 était un système simple en une étape et le biofiltre 2 était un système double en deux étapes distinctes. Les pilotes, d’un diamètre de 25 cm, étaient garnis sur 1 et 2 m avec un milieu organique pour obtenir des temps de résidence en fût vide de 36 et 72 secondes respectivement. Les résultats obtenus démontrent qu’une période d’environ 50 jours a été nécessaire pour atteindre le régime stationnaire. Les deux pilotes ont présenté de très bonnes performances épuratoires pour l’H2S; l’enlèvement quasi total de ce composé a été observé après quelques semaines et s’est maintenu pendant toute la durée subséquente de l’expérience. Par contre, le traitement des COV était nettement moins efficace. Le pilote 1 a seulement atteint une efficacité de 20% tandis le pilote 2 a atteint 60%. Les capacités épuratoires maximales ont été obtenues avec le pilote 2 et correspondent à 25 g•m-3•h-1 pour l’H2S et à 5,3 g•m-3•h-1 pour les COV. Ce projet a permis de démontrer le potentiel de la biofiltration pour le traitement simultané d’H2S et de COV. Il a également été possible d’établir certaines conditions d’opération nécessaire au bon fonctionnement du procédé et de déterminer qu’un système en deux étapes serait mieux adapté au traitement des vapeurs de bitume. / This study was carried out in response to odour problems around a polymer-modified bitumen mixing and storage plant. Biofiltration of these bitumen vapours presents an interesting challenge since they combine odorous substances with volatile organic compounds (VOCs). The general objective of this study was to determine the potential of biofiltration for the treatment of air containing bitumen vapours. By means of a detailed analysis of the bitumen vapours, it was possible to identify over a 100 compounds. This analysis was then used to create a synthetic gas which was representative of the bitumen vapours: H2S and five VOCs (hexane, decane, toluene, p-xylene and thiophene). Two pilot-scale biofilters were operated using this synthetic gas for a period of 106 days. Biofilter 1 was a single-stage system while biofilter 2 was a two-stage system. The biofilters, 25 cm in diameter, were filled with 1 and 2 m of an organic filter medium to obtain empty bed residence times of 36 and 72 seconds respectively. Results demonstrated that a period of about 50 days was necessary to reach a steady state. The two biofilters performed very well in regards to H2S; the complete removal of this compound was observed after a few weeks and was subsequently maintained for the rest of the experiment. However, VOC elimination was much less efficient. Biofilter 1 was only able to treat 20% of the inlet concentration while biofilter 2 removed 60%. Maximum elimination capacities of 25 g•m-3•h-1 for H2S and 5.3 g•m-3•h-1 for VOCs were obtained with biofilter 2. This project demonstrated the potential of biofiltration for the simultaneous treatment of H2S and VOCs. It was also possible to establish certain operating conditions necessary for proper operation and to determine that a two-stage system would be more efficient for the treatment of bitumen vapours.

La production à grande échelle de l'aluminium passe inévitablement par le procédé de Hall-Héroult et requiert un vaste champ d'expertises pour être mis en œuvre. Les aspects mécanique, thermique, chimique, électrique, magnétique de même que la mécanique des fluides sont tous présents dans une cuve d'électrolyse, qui comporte une multitude de matériaux: carbone, bétons réfractaires, métaux, alumine, etc. Afin de demeurer compétitives face à la concurrence, les alumineries se doivent de réduire les coûts de production qui passe nécessairement par l'optimisation des cuves d'électrolyse, demandant ainsi une compréhension approfondie du procédé et des matériaux utilisés, dont les matériaux carbonés. Les matériaux carbonés utilisés dans les cuves, plus spécifiquement dans le revêtement de celles-ci, sont des matériaux granulaires et poreux qui sont composés d'agrégats de graphite liés par du brai de goudron cokefié. Le comportement mécanique de ces matériaux a déjà été le sujet de quelques études jusqu'à maintenant. Or, aucune ne s'est réellement attaquée au comportement à long terme de ces matériaux qui plus est, dans un cadre tridimensionnel. Afin de complémenter les connaissances et les modèles déjà existants, cette thèse présente la caractérisation de comportement viscoélastique tridimensionnel à long terme des matériaux carbonés et le développement d'un modèle tridimensionnel constitutif, utilisable dans un code d'éléments finis, basé sur la thermodynamique des processus irréversibles combinée à la rhéologie des matériaux. Basé sur des observations expérimentales, le modèle rhéologique choisi consiste en un nombre indéterminé, a priori, d'éléments de Kelvin-Voigt placés en série. Originalement unidimensionnel, le modèle rhéologique est étendu au cas tridimensionnel en posant différentes hypothèses. La détermination des paramètres du modèle est essentiellement basée sur des essais de fluage en compression uniaxiale réalisés à la température ambiante. Des évolutions de paramètres permettant de prendre en considération la cuisson d'un matériau carboné de même que des variations de températures sont ensuite proposées. Aussi, tirés des connaissances du vaste domaine que sont les graphites, des mécanismes de fluage sont proposés. L'implémentation numérique du modèle viscoélastique a été réalisée avec le code éléments finis FESh++. Le comportement viscoélastique a également intégré à d'autres lois déjà existantes afin de les complémenter. Ainsi, une loi de comportement thermo-chimiovisco-élasto-plastique avec prise en compte de l'adoucissement et du durcissement est maintenant disponible pour les matériaux cathodiques de carbone. Des simulations sont présentées pour illustrer l'influence de la prise en compte du comportement viscoélastique sur différents matériaux, tels que les blocs cathodiques de carbone et la pâte à brasquer. / The large scale aluminium production is done through the Hall-Héroult electrolysis process, which requires a wide array of expertise for a proper achievement. The mechanical, thermal, chemical, electrical, magnetic and the fluid mechanic aspects are all present at the same time in the electrolysis cell, which is built with many different materials: carbon, refractory concrete, metals, alumina, etc. In order to stay competitive, aluminium producers must lower their production cost. This can only be achieved by optimising the cells, which requires a better knowledge of the process and of the materials used in the cell fabrication, including the carbon cathode materials. The carbon materials used in the cells, more specifically in the lining, arc porous materials composed of graphitic aggregates mixed up with a coal tar pitch binder. The mechanical behaviors of these materials have already been the subject of few studies up to now. However, no one has addressed the long term behavior, even less in a three dimensional context. To perfect the knowledge and the existing models, this thesis presents the characterization of the long term three-dimensional visco-elastic behavior of the carbon cathode materials and the three-dimensional constitutive model development based on the on the materials rheology and the thermodynamic of irreversible processes. The model is also suitable in a finite elements code. From experimental observations, the chosen rheological model is built up with a series of undetermined, a priori, number of Kelvin-Voigt elements. Originally one-dimensional, the rheological model has been extended to the three-dimensional case through few hypotheses. Determination of the model parameters is essentially based on uniaxial creep tests at room temperature. The evolution of these parameters in function of the temperature and the baking are also proposed. Moreover, creep mechanisms arc advised based on the knowledge of the wide array that are the graphitic materials. The numerical implementation of the visco-elastic model has been done in the finite elements code FESh++. The visco-elastic behavior has also been added to others constitutive laws in order to perfect them. Therefore, a constitutive thermo-chemo-visco-elasto-plastic law, which also takes into account the hardening and the softening, is now available for the carbon lining materials. Simulations are also presented to show the influence of the visco-elasticity on the cathode carbon material and on the ramming paste.

Cette étude vise à apporter plus d'éclairage sur le mécanisme de rupture progressive sous deux volets. D'abord, la compréhension de certains aspects fondamentaux de ce mécanisme par l'entremise d'une revue de littérature la plus exhaustive possible; ensuite, l'examen de l'implication de ce mécanisme dans des glissements par étalement et plus précisément le glissement de Saint-Liguori au Québec. Il a été prouvé qu'une rupture dans une pente est précédée par des mouvements dit "de pré-rupture"; ces mouvements présentent un intérêt considérable et donnent un avertissement du danger imminent et la rupture progressive est un des éléments majeurs de l'étape pré-rupture dans les sols présentant un comportement anti-écrouissage. Décrit dans les années quarante et surtout dans les années soixante, ce phénomène a suscité un intérêt nouveau récemment avec l'avènement d'ordinateurs puissants. Il reste cependant ignoré dans la pratique courante, en particulier au Québec où il pourrait expliquer certains grands glissements de terrain par étalement comme celui de St-Liguori qui s'est produit le 3 juillet 1989. Cette étude a répondu à une interrogation qui est restée sans réponse au moment de l'analyse du Ministère des Transports du Québec concernant les causes du glissement en prouvant que le gradient hydraulique ascendant a pu impliquer une rupture par soulèvement de fond sous le lit de la rivière qui s'est traduit par une discontinuité dans la pente. Il est plus que probable que cette même discontinuité était l'élément déclenchant d'une première rupture locale qui s'est prolongée par rupture progressive.

Le projet de maîtrise présenté consiste en l'étude comparative de la performance en laboratoire de matériaux granulaires (MG) stabilisés. Les travaux ont été réalisés en laboratoire à l'aide d'essais de cisaillement direct et indirect par compression non confiné sur un MG-20B. Les paramètres variés lors de l'étude sont la concentration, la teneur en eau, la proportion et le pourcentage de particules fines. Les matériaux stabilisant expérimentés proviennent de trois familles de produits : agents d'agglomération de particules (ciment type-GU), agents de cohésion chimiques (CaCb et saumure naturelle) et autres agents (polymères). Les essais ont permis de définir une matrice de produits stabilisants qui sera utilisée pour les essais à l'aide du Simulateur climatique et mécanique. Elle comprend les deux types de produits soit les produits abat-poussières (CaCh, saumure naturelle et polymère) et les produits stabilisants (ciment, polymère). Cette matrice servira lors des prochains essais en laboratoire et sur le terrain.

La corrélation entre l’évolution du matériau lors de la découpe des tôles minces et la dégradation des propriétés magnétiques constitue un point clé dans la conception des actionneurs électriques. De plus, la mesure des propriétés magnétiques constitue actuellement un outil de contrôle non destructif en essor dans l’industrie. Dans le cadre d’un projet sur ce thème, notre travail porte sur le développement d’un outil prédictif pour établir une corrélation entre le procédé de mise en forme qui est le découpage, l’état du matériau qui en résulte et les propriétés magnétiques de ce dernier. Cette étude s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre l’Université de Technologie de Compiègne, l’Université Laval (Québec, Canada) et le CETIM et elle a été décomposée en deux parties. La première partie a été consacrée à l’analyse et à la modélisation de la découpe. En ce qui concerne les aspects expérimentaux des travaux, des essais de tractions uniaxiale à différentes vitesses de déformation ont permis de déterminer le comportement mécanique du matériau et sa sensibilité à la vitesse. Par ailleurs, des essais de poinonnage et de cisaillage ont été effectués afin d’analyser l’influence de différentes paramètres du procédé tels que le jeu outil-matrice et la cadence (vitesse de découpe / déformation). En ce qui concerne les aspects numériques, la modélisation par éléments finis à nécessité l’utilisation de techniques et approches appropriées pour traiter les multiples non linéarités présentes dans ce genre de problèmes. Dans la deuxième partie nous nous sommes intéressés à la corrélation entre l’état mécanique du matériau et ses propriétés magnétique suite a un effet de poinonnage. Pour accéder à des quantités caractéristiques de l’état mécanique du matériau au voisinage du bord découpé, des essais de nanoindentation ont été combiné à l’identification inverse. Par ailleurs, des mesures magnétiques menées sur des éprouvettes de traction à différents taux de déformation ont permis d’établir une courbe d’évolution de la perméabilité magnétique en fonction de la déformation plastique. La combinaison de ces résultats nous a permis d’établir une corrélation entre l’état mécanique du matériau, notamment le taux de déformation plastique, et la dégradation de ses propriétés magnétiques (chute de perméabilité) au voisinage du bord découpé. / The correlation between material evolution when dealing with blanking process and the degradation of the magnetic properties constitutes a key point in the design of the electric machines. Moreover, the measurement of the magnetic properties currently constitutes a tool for non destructive testing in rise in industry. Within the framework of a project on this topic, our work concerns the development of a predictive tool to establish a correlation between the blanking process, the state of the material which results from it and the magnetic properties of this last. This study lies within the scope of a collaboration between the University of Technology of Compiegne, Laval University (Quebec, Canada) and CETIM and it were broken up into two parts. The first part was devoted to the analysis and modeling of blanking process. Concerning the experimental aspects of work, uniaxial tensile tests at various strain rates made it possible to reach the mechanical behaviour of material and its sensitivity at the velocity. In addition, blanking tests were carried out in order to analyze the influence of different parameters from the process such as the clearance punch-die and velocity (blanking velocity / strain rate). Concerning the numerical aspects, finite elements modeling need the use of techniques and approaches suitable to treat the multiples non-linearity’s present in this kind of problems. In the second part we were interested in the correlation between the mechanical state of material and its magnetic properties following a punching effect. To reach quantities characteristic of the mechanical state of material in the vicinity of the cut edge, nanoindentation tests were combined with technique of inverse identification. In addition, magnetic measurements carried out on tensile specimen with various strain rates allowed to establish the evolution curve of permeability according to the plastic strain. The combination of these results enabled us to establish a correlation between the mechanical state of material, in particular the plastic strain, and the degradation of its magnetic properties (falls of permeability) in the vicinity of the cut edge.