Les pertes de matériaux par rebond représentent encore à ce jour le problème le plus important qui limite parfois l’utilisation du béton projeté. Bien que la compréhension des techniques de projection utilisées par les lanciers soit en constante progression et que de nombreux nouveaux mélanges soient développés régulièrement, l’état actuel des connaissances concernant les mécanismes de mise en place qui apparaissent au sein du jet de béton projeté est limité. Cette affirmation s’applique particulièrement entre les moments où les matériaux sont expulsés de la lance jusqu’à leur impact sur le substrat de béton frais. À l’heure actuelle, un modèle physique permet de calculer et de prédire le rebond d’une seule particule incidente en fonction de son énergie et de sa profondeur de pénétration à la paroi réceptrice. Par contre, les paramètres nécessaires à une telle prédiction ne sont pas facilement mesurables expérimentalement. De plus, ce modèle n’est évidemment pas représentatif de plusieurs facteurs réels qui agissent à l’échelle d’un jet de béton projeté et qui devraient être considérés, comme l’interaction entre les particules et leur angle d’incidence par rapport à la paroi réceptrice. D’un autre côté, des avancées importantes ont été réalisées récemment à l’échelle du jet complet, notamment au niveau de l’explication des phénomènes qui permettent l’accélération des particules, de la caractérisation des champs de vitesses, de la répartition des masses dans le jet et finalement, au niveau de la composition du matériau en fonction de la position dans le jet. Une meilleure compréhension de l’effet de l’équipement utilisé doit être explorée avec l’étude des facteurs favorisant la mise en place du matériau et la réduction du rebond. Cela pourrait être fait en améliorant les conditions d’impact des particules qui entrent en contact avec le substrat, en sélectionnant le meilleur équipement disponible. Ce projet de recherche aspire à poursuivre l’étude des phénomènes de mise en place du béton projeté en proposant une étude du procédé à l’échelle du jet qui se concentre sur l’effet de l’équipement utilisé lors de la projection. En premier lieu, il s’agit de déterminer les paramètres qui influencent le champ de vitesse produit par une lance en béton projeté par voie humide. La lance représente le dernier obstacle franchi par le matériau avant d’être expulsé vers la paroi réceptrice, donc cette pièce d’équipement joue un rôle important sur les conditions de mise en place. Il sera ensuite question de comparer les deux principaux procédés qui sont utilisés en béton projeté, la voie humide et la voie sèche, en poursuivant l’exploration de la distribution massique des particules dans le jet en voie sèche et en utilisant des données obtenues dans des études récentes pour le procédé par voie humide. Pour atteindre les objectifs du projet, ce sont cinq (5) lances différentes pour le procédé par voie humide et trois (3) lances pour le procédé par voie sèche qui font partie de l’étude. Le programme expérimental consiste à comparer les performances des lances étudiées selon des critères établis, basés sur la forme et l’amplitude du champ de vitesse. Les résultats montrent que plusieurs facteurs influencent la performance d’une lance; ils permettent d’établir un classement jugeant la performance des lances en utilisant des critères physiques comme la vitesse incidente des particules ainsi que leur distribution spatiale. La vitesse des particules incidente joue un rôle primordial sur leur énergie à l’impact sur le substrat de la paroi réceptrice. La distribution massique dans une section du jet produit par une lance contrôle le débit de mise en place du matériau en fonction du rayon perpendiculaire à l’axe de projection et représente une avenue intéressante à explorer pour améliorer ou adapter la technique de projection selon la lance utilisée. / Material losses due to rebound represent the main issue of shotcrete and sometimes limit the process’ use and applicability. Even if the understanding of shooting techniques used in practical applications is being researched and in constant progress, and new shotcrete mixes are being developed regularly, the actual field of knowledge related to material placement mechanisms taking place during the impact of sprayed particles is limited, starting from the moment materials are expelled from the nozzle until particles impact on the fresh shotcrete substrate. For the time being, a physical model allows calculation of rebounding probability for a single incident particle based on its kinetic energy and its depth of penetration onto the receiving surface. However, parameters that are necessary to obtain such a prediction are not easily measured. In addition, this model is obviously not representative of the reality at the scale of a full shotcrete spray and does not take into account the interaction between particles and their angle of incidence with the receiving surface. On the other hand, significant progress was made recently with regards to describing the shotcrete process at the scale of the spray. Analysis methods were developed and explanations of phenomena allowing particles acceleration were refined and include characterization of velocity fields, distribution of material masses among the spray and, at last, material composition according to position in the spray. A better understanding of the equipment used during practical applications is clearly a path to be explored with the study of factors controlling placement of materials and reduction of rebound. This could be achieved by improving particles impact conditions with the substrate, which could be done by optimizing equipment selection and shooting parameters. This research project aims to deepen the study of shotcrete placement phenomena by researching equipment influence at the scale of the spray during a projection. The main objectives of this project are defined as follows. The first objective is to determine parameters influencing axial velocity fields that are obtained with various wet-mix nozzles. This piece of equipment plays an important role on placement conditions of sprayed particles. The next step will be to compare both shotcrete placement processes, wet-mix and dry-mix, by exploring materials mass distribution with three different dry-mix nozzles and comparing with wet-mix data previously obtained. To achieve the above objectives, five (5) different wet-mix nozzles and three (3) dry-mix nozzles are included in the present research project. The experimental program will allow a comparison of nozzle performances based on distribution and amplitude of axial velocity fields, since velocity is the main factor influencing kinetic energy of a single particle. Results show that several factors may influence a nozzle’s performance and justify the selection of particular nozzle parameters over others. The incident mass distribution at any section of the spray produced by a given nozzle controls the materials placement rate in regards to the shooting axis perpendicular distance and represents an interesting path to explore to better adapt shooting technique according to the nozzle that is used.

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.

La pâte à brasquer joue un rôle fondamental dans la durée de vie d’une cuve d’électrolyse et son efficacité énergétique. D’une part, elle empêche l’infiltration de l’aluminium liquide dans la cuve et, d’autre part, elle fait office de joint entre les blocs cathodiques ce qui les protège de la fissuration et de l’endommagement. Le vieillissement de ce matériau granulaire, en raison de l’évaporation des agents adoucissants assurant sa malléabilité à température ambiante, est susceptible d’influencer ses propriétés physiques, mécaniques et électriques. D’un autre côté, lors de la mise en forme de la pâte à brasquer, le liant présent dans sa composition libère des produits cancérigènes tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques, ce qui constitue un réel danger pour la santé. Afin de pallier cette problématique, plusieurs pâtes écologiques ont été développées. Toutefois, les propriétés physiques de ces nouvelles pâtes et leurs effets sur l’efficacité du procédé ne sont pas encore bien connus. Ce travail a pour objectif l’étude de l’effet du phénomène de vieillissement sur les propriétés physiques, mécaniques et électriques de la pâte à brasquer. Dans cette perspective, une pâte standard et une autre écologique ont été considérées. La caractérisation de l’effet du vieillissement est axée sur la mesure de grandeurs telles que la densité apparente, la perte de masse, le changement volumétrique, le module de Young, le coefficient de Poisson, la résistance à la compression et à la traction ainsi que la résistivité électrique. Les résultats de cette étude révèlent que le vieillissement de la pâte à brasquer affecte principalement la perte de masse après cuisson, le coefficient de Poisson ainsi que les propriétés mécaniques de la pâte crue. / The ramming paste plays a fundamental role in the life of an electrolysis cell and its energy efficiency. On the one hand, it prevents the infiltration of liquid aluminum into the cell and, on the other hand, it seals the cathode blocks which protects them from damage and ultimately from failure. The aging of the coal tar pitch based ramming paste, due to the evaporation of the softeners ensuring its malleability at room temperature, is likely to influence its physical, mechanical and electrical properties. Also, during the compaction of the coal tar pitch based ramming paste, the binder present in its composition releases carcinogenic products such as polycyclic aromatic hydrocarbons, which constitutes a real danger for health. To overcome this problem, several eco-friendly ramming pastes have been developed in recent years. However, the physical properties of these new pastes and their effects on the process efficiency are not yet well known. This work aims to study the aging effect on the physical, mechanical and electrical properties of the ramming paste. In this perspective, a standard coal tar pitch based ramming paste and an eco-friendly one were investigated. The characterization of the aging effect is focused on the measurement of quantities such as apparent density, mass loss, volumetric change, Young’s modulus, Poisson’s ratio, compressive and tensile strength as well as electrical resistivity. The results of this study reveal that the aging of the ramming pastes mainly affects the mass loss, the Poisson’s ratio and the mechanical properties of the green paste.

L’objectif de la thèse est de développer un modèle de prédiction de l’uni des chaussées flexibles. La réalisation de cet objectif a impliqué quatre principales étapes. Premièrement, une revue de connaissance relative à la thématique a été faite. Il ressort de cette étude que l’Indice de Rugosité Internationale (IRI) est l’indice qui représente le mieux le phénomène d’uni. Cependant, la prédiction de celui-ci est encore essentiellement faite par des modèles empiriques. Deuxièmement, les deux principales dégradations des chaussées qui peuvent être les sources de problème d’uni pendant leur durée de vie utile sont notamment la déformation permanente différentielle (ornière) et le soulèvement différentiel. Ils ont été analysés et la nécessité de leur prédiction a été établie. Les modèles de prédiction recherchés doivent intégrer dans leur structure mathématique les paramètres géotechniques de sol qui sont les sources de la variabilité le long d’un tracé. Pour le soulèvement au gel, le modèle de Konrad (1981 et 2005) a été jugé approprié pour être intégré dans le modèle de prédiction de l’uni. Cependant, pour la déformation permanente, un nouveau modèle a été développé pour les besoins du projet. Troisièmement, un modèle mathématique de prédiction de l’uni des chaussées flexibles en termes d’IRI a été dérivé. Il a été bâti sur les hypothèses rigoureuses et comporte les paramètres complexes suivants : la déformation permanente ( ε p ), le soulèvement au gel (S), la fissuration transversale ( Ft ) et le coefficient représentant l’effet d’amplification ou d’atténuation des longueurs d’onde (K). Quatrièmement, le modèle dérivé a été étalonné et validé avec de données obtenues sur des chaussées réelles. Pour l’étalonnage, les données des bases de données du LTTP et du MTQ, d’une part, et, d’autre part, les données de la cueillette des paramètres géotechniques issus des essais de caractérisations des échantillons prélevés à chaque 5 m le long de 5 différents sites au Québec, ont été utilisées. Les coefficients d’étalonnage requis ont été déterminés avec succès. Pour la validation du modèle, par manque de paramètres géotechniques à chaque 5 m le long des sections identifiées pour réaliser cet objectif, le principe de niveau d’utilisation du modèle d’uni a été développé. Trois niveaux d’utilisation du modèle ont été développés et le modèle a été validé au troisième niveau d’utilisation avec un niveau de succès acceptable. / The objective of the thesis is to develop a model of prediction of the flexible pavements roughness. This goal was achieved through a rigorous process that involved four steps. First, a review of knowledge was made. It appears from this study that the International Roughness Index (IRI) is the index that better represents the roughness phenomenon, but the prediction is still empirical. Second, the two main pavement degradations that could cause roughness problems during the useful life are the permanent deformation and frost heave. After analysis of the existing models the need of the prediction model was established. The desired prediction models should have in their mathematical structure the geotechnical parameters of soil, which are the origin of variability along a road. For frost heave, the Konrad model (1981 and 2005) was found to be appropriate. However, for permanent deformation there was no adequate model. Thus, a permanent deformation model was developed. Third, a mathematical model for the prediction of pavements roughness in terms of IRI was derived. It has been built on rigorous assumptions and includes the following parameters: permanent deformation ( ε p ), frost heave (S), transverse crack ( Ft ) and coefficient representing the effect of amplification or attenuation of wavelengths (K). Fourth, the derived model was calibrated and validated with data obtained on actual pavements. For calibration, data from the LTTP and MTQ databases and the geotechnical parameters resulting from the characterization tests of the samples, taken at every 5 m along 5 different sites in Quebec Province were used. The required calibration coefficients have been determined successfully. For the validation of the model, due to lack of geotechnical parameters at every 5 m along the identified sections to achieve this objective, the principle of the model use level has been developed. Three levels of the model use were developed and the model was validated at the third level with an acceptable level of success.

Ce travail examine les propriétés mécaniques du béton léger (LWAC) fabriqué avec des granulats commercialement connus par Stalite et renforcé avec des fibres. Les paramètres étudiés comprenaient la résistance à la compression (25 et 40 MPa), le type de fibres (acier, synthétique, basalte-minibars ou BMB et hybrides) et la fraction volumique des fibres (0,5 et 1%). Les essais effectués comprenaient des essais de compression, de déformation axiale, de traction sous pression, de module d'élasticité, de flexion, de retrait et de perte de masse. De plus, des tests de pénétration des ions chlorure et de résistivité de surface ont été effectués pour examiner la durabilité du béton. Les résultats des essais ont montré que le coefficient d'efficacité du LWAC, défini comme le rapport entre la résistance à la compression et la densité, était supérieur de 16% à celui du béton de poids normal (NWC). De plus, le module d'élasticité de LWAC a chuté de 8,5 à 15,2% par rapport à celui de NWC alors que son coefficient de Poisson variait entre 0,2 et 0,24. L'ajout de fibres a amélioré les propriétés mécaniques du LWAC. L'absorption d'énergie de LWAC a augmenté de 129% en augmentant la fraction volumique des fibres BMB de 0,5 à 1%. De plus, le module de rupture du LWAC était plus élevé que celui prévu avec les formulations ACI 318 (2014). Les résultats des tests de durabilité ont montré que la pénétration des ions chlorure de LWAC était « très faible » selon la classification ASTM C1202 (2012). De plus, l'utilisation d'agrégats légers a augmenté la résistivité de surface du béton jusqu'à 150%. Cependant, l'ajout de fibres d'acier a augmenté la pénétration des ions chlorure et diminué la résistivité de surface du mélange, tandis que l'ajout de fibres BMB n'a montré aucune influence sur les deux paramètres. / This study investigates the mechanical properties and durability of lightweight aggregate concrete (LWAC) made with expanded slate coarse aggregates (commerciallyknown as Stalite aggregates) and reinforced with different types of fibers. The parameters investigated included the compressive strength (25 and 40 MPa), the type of fibers (steel, synthetic, and basalt-minibars or BMB, and hybrid fibers), and the volume fraction of the fibers used (0.5 and 1%). The experimental tests conducted to characterize the obtained LWAC included compression tests, axial deformation tests, pressure tension tests, modulus of elasticity tests, flexure tests, shrinkage tests, and mass-loss tests. Furthermore, both chloride-ion penetration and surface resistivity tests were carried out to examine the durability of LWAC mixes. Test results showed that the efficiency ratio of LWAC, defined as the ratio of compressive strength to density, was 16% higher than that of normal weight concrete (NWC). Moreover, the modulus of elasticity of LWAC dropped by 8.5 to 15.2% compared to that of NWC whereas its Poisson’s ratio ranged between 0.2 and 0.24. The addition of fibers significantly enhanced the mechanical properties of the LWAC. For instance, the energy absorption of LWAC increased by 129% by increasing the volume fraction of BMB fibers from 0.5 to 1%. Furthermore, the modulus of rupture of LWAC was higher than that predicted using ACI 318 (2014) formulations. In terms of durability, test results showed that the chloride penetration of LWAC was “very low” according to ASTM C1202 (2012) classification. Moreover, using lightweight aggregates increased the surface resistivity of concrete up to 150%. However, the addition of steel fibers increased the chloride penetration and decreased the surface resistivity of the mix while the addition of BMB fibers showed no influence on both parameters.

Le présent document traite de l'utilisation d'un nouveau platelage en aluminium, présentement développé à l'Université Laval. Ce nouveau platelage, d'une hauteur de 200 mm, se veut une alternative aux dalles en béton armé couramment utilisées dans les ponts routiers. Il est proposé de connecter le platelage à des poutres en acier à l'aide d'une connexion boulonnée antiglissement utilisant des boulons en acier galvanisé ASTM F3125/F3125M-15a de grade A325 et de diamètre M20. L'optique est de développer une action composite totale afin d'obtenir la pleine capacité de la poutre mixte. Cependant, le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium étant le double de celui de l'acier, des mouvements différentiels entre le platelage en aluminium et les poutres en acier sont possibles suite à des variations de température. Le comportement de cet assemblage sous les charges thermiques doit donc être étudié. Ce projet propose d'utiliser la méthode des éléments finis à l'aide du logiciel commercial Abaqus afin de déterminer le comportement de cet assemblage face à la combinaison des charges thermiques et mécaniques à l'état limite d'utilisation (ÉLUT) ainsi qu'à l'état limite ultime (ÉLUL). Ces charges sont déterminées à partir des directives du Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CAN/CSA S6-14). Les résultats montrent qu'il est possible de développer l'action composite totale entre le platelage en aluminium et les poutres en acier. Aussi, en suivant les recommandations prescrites par cette étude, il est possible de prévenir le glissement sous les charges thermiques et de maintenir le comportement antiglissement de l'assemblage à l'ÉLUT en plus de prévenir la rupture de l’assemblage boulonné sous la combinaison des charges thermiques et mécaniques à l’ÉLUL. / This project concerns the use of a new aluminium bridge deck that is being developed at Université Laval. It is a 200 mm deep aluminium bridge deck, which represents an alternative to the reinforced concrete slabs in bridges. This project proposes to connect the aluminium bridge deck to steel girders using galvanized ASTM F3125/F3125M-15a grade A325 bolts of diameter M20 in a slip-critical connection. Full composite action between the deck and the girders is expected in order to develop the full capacity of the composite section. However, the coefficient of thermal expansion of aluminium, being twice that of steel, differential movements may occur during temperature changes. To understand the behavior of the bolted connection under such thermal loadings, this project uses finite element model with the Abaqus software. The combinations of dead, live and thermal loads at the ultimate limit state (ULS) and serviceability limit state (SLS) are studied. The loads are calculated according to the Canadian Highway Bridge Design Code (CAN/CSA S6-14). Results confirm that full composite action between the aluminium deck and the steel girders can be achieved. Moreover, by following the recommendations of this study, it is possible to eliminate the sliding that may occur during the thermal loading of the beam at the serviceability limit state (SLS). This study also offers a solution to prevent the failure of the bolted connections following the combination of thermal and mechanical loads.

Dans certaines usines de traitement d’eau potable, l’ozone est utilisé comme agent oxydant et désinfectant puisqu’il permet de diminuer efficacement la présence de matière organique naturelle (MON), les goûts et odeurs et les microorganismes présents dans les sources d’eau. Toutefois, l’usage de ce produit oxydant, en présence de MON, entraîne la formation de sous-produits de la désinfection ozonés (SPDO) tels que les aldéhydes nonhalogénés (NON-HAL), les haloacétaldéhydes (HAL) et les bromates, substances potentiellement dangereuses pour la santé humaine. Très peu de recherches à grande échelle ont permis de documenter la présence de ces SPD dans l’eau potable. Le nombre important d’échantillons générés dans cette étude de cas permet de documenter les niveaux de ces sous-produits de la désinfection dans les usines et les réseaux de distribution à l’étude. Les résultats démontrent des teneurs en NON-HAL variant entre la limite de détection de la méthode (LDM) et 55,7 μg/L, avec le formaldéhyde et l’acétaldéhyde en plus grande proportion. La présence de HAL se limite principalement à l’hydrate de chloral (CH). Les concentrations de CH varient entre < LDM et 32,5 μg/L. La concentration de bromate dans l’eau a varié entre < LDM et 14 μg/L. Il a aussi été démontré que le chlore liquide peut favoriser la formation de SPDO. De plus, l’injection de chlore liquide dans l’eau est à l’origine de deux transformations de l’acétaldéhyde. Des schémas réactionnels ont été proposés pour présenter ces transformations; celles-ci sont plus rapides en eau chaude qu’en eau froide. À cet effet, la variation saisonnière des SPDO a été traitée dans ce mémoire. Les saisons chaudes semblent favoriser la présence de ces SPD. La dose d’ozone et la nature de la matière organique naturelle sont aussi des facteurs expliquant la variation des SPDO dans les réseaux à l’étude. Dans un deuxième temps, les concentrations de chlorite et de chlorate ont été suivies dans les réseaux de distribution à l’étude. L’utilisation de solutions d’hypochlorite de sodium concentrées démontre une hausse des concentrations de chlorite, de chlorate et de bromate dans l’eau. En réseau de distribution, la rechloration au chlore liquide tend à hausser les concentrations de ces contaminants. Toutefois, les niveaux observés sont toujours sous les normes établies.

La respirométrie est une discipline consistant en la mesure et l’interprétation du taux de respiration de microorganismes. Avec les années, cette technique est devenue un outil indispensable pour la caractérisation des boues activées et d’échantillons d’eau usée. En 2016, l’usine pilEAUte de l’Université Laval s’est doté d’un respiromètre en ligne du type RODTOX afin de caractériser l’effluent de son traitement primaire. Or, bien que les expériences réalisées automatiquement par le RODTOX soient riches en information, les données rendues accessibles aux utilisateurs du RODTOX par l’appareil sont plutôt pauvres. Des outils ont donc été développés dans le cadre de ce projet de maîtrise afin d’extraire du RODTOX les données brutes provenant de sa sonde d’oxygène dissous et analyser son signal. Cela a permis d’extraire des données de la sonde des estimations de la demande biochimique en oxygène à court terme (DBOct) de l’eau usée, ainsi que du taux de respiration exogène (OURex) de la boue activée et du coefficient de transfert de masse d’oxygène (KLa) du réacteur dans lequel le RODTOX réalise ses expériences. De plus, un modèle mathématique du RODTOX a été conçu, ce qui a permis l’estimation des certains coefficients biocinétiques de la boue activée du RODTOX. En retour, ces coefficients ont permis l’estimation de la part de la DBOct attribuable soit à la biodégradation des composés carbonés ou à celle des composés azotés. Ce document décrit le processus de développement de ces outils d’analyse du signal du RODTOX. S’ensuit une démonstration de leur efficacité et une discussion des aspects pouvant être améliorés dans l’avenir. Enfin, des usages potentiels pour les informations produites par le RODTOX et des outils employés pour décoder son signal sont suggérés. / Respirometry is the measurement and interpretation of the respiration of microorganisms. Over the years, this discipline has proven itself to be an invaluable tool for the characterization of activated sludge and wastewater samples. In 2016, Université Laval’s pilEAUte plant purchased a RODTOX on-line respirometer to characterize its primary effluent. Though the respirometric experiments performed by this machine are information-rich, the default output available to its users is very sparse. Thus, to take advantage of the experiments performed automatically within the RODTOX, tools were developed in the context of this M. Sc. study to extract the raw data produced by the RODTOX’s built-in dissolved oxygen sensor and process its signal. This allowed for the extraction of estimates of the wastewater’s short-term biochemical oxygen demand (stBOD), the activated sludge’s exogenous oxygen uptake rate OURex and the oxygen mass transfer coefficient (KLa) of the RODTOX’s built-in bioreactor. Additionally, a mathematical model of the RODTOX sensor was developed which enabled the estimation of some of the sludge’s biokinetic characteristics. This, in turn, has led to the estimation of the portions of stBOD attributable to carbonaceous and nitrogenous compounds, respectively. This document relates the development of these processing tools, the demonstration of their adequate performance and suggestions for future improvements. Then, prospective uses for the measurements produced by the RODTOX and its new processing tools are suggested.

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

L’utilisation de platelages en aluminium dans les ponts est récente et peu répandue comparativement aux matériaux plus traditionnels tels que l’acier et le béton. Malgré l’introduction récente du chapitre 17 dans la norme canadienne des ponts routiers (CAN/CSA-S6) sur l’utilisation de l’aluminium structural dans les ponts, les connaissances concernant le comportement structural du platelage en aluminium restent limitées. Ainsi, les spécifications du code pour la conception ne fournissent pas des méthodologies suffisantes pour les vérifications de la résistance et de l’état limite d’utilisation. Par exemple, le calcul des fractions de charge de camion à l’aide de la méthode simplifiée pour la distribution transversale dans les platelages en aluminium est basé sur des valeurs spécifiées pour les platelages en madrier de bois, ce qui semble restrictif. Un autre exemple concret est lié au calcul du moment plastique qui permet d’établir la résistance du pont en flexion. La méthode simplifiée de calcul de la largeur effective dans le cas où il y aurait action composite n’est pas adaptée pour un platelage ayant une section alvéolée comme c’est le cas du platelage en aluminium. Une analyse utilisant les méthodes d'éléments finis est nécessaire pour établir ces paramètres de conception. Dans ce mémoire, une étude de la répartition transversale des charges de trafic pour des dispositions d’extrusions longitudinales et transversales par rapport aux poutres en acier est effectuée à l’aide de la méthode des éléments finis. Plusieurs modèles de ponts sont réalisés afin d’étudier l’influence de la portée et de l’espacement des poutres sur les fractions de charge de camion ainsi que sur l’aire effective du platelage dans le cas d’action composite parfaite. Une comparaison avec les valeurs préconisées par la norme CAN/CSA-S6-14 ainsi qu’une comparaison entre les deux types de dispositions sont également effectuées. Il a été déterminé que la norme surestime grandement les valeurs des fractions de charge de camion, allant jusqu’à une surestimation de 25% à 40%. De plus, il s’est avéré que les fractions de charge de camion calculées pour les modèles ayant les extrusions transversales aux poutres étaient toujours inférieures à celles calculées pour les modèles ayant les extrusions installées longitudinalement aux poutres. Pour ce qui est des résultats concernant l’aire effective, les valeurs obtenues avec les extrusions parallèles aux poutres étaient plus basses que celles obtenues avec les extrusions transversales. Enfin, lors de la comparaison avec les valeurs de la norme pour un platelage en béton, les aires effectives trouvées à l’aide des modèles étaient toujours inférieures à celles de la norme. / The use of aluminium decks in bridges has received attention in recent years, as the bridge engineering community discovers the advantages of this material compared with the traditional construction materials such as steel and concrete. Despite the recent introduction of Chapter 17 in the Canadian Highway Bridge Design Code, CAN/CSA S6, which permits engineers to use aluminium for bridge construction, the structural design application still remains a daunting task. Essentially, the code’s specifications for design do not provide concise and detailed methodologies for strength and serviceability verifications. As an example, for the simplified traffic load analysis, it appears that the factors for transverse distribution of traffic loads specified for aluminium bridge decks are based on values specified for wood plank decks, which appears insufficient. Another practical example relates to the determination of the plastic moment required to establish the bending moment capacity for the bridge section. Considering that a bridge deck solution in aluminium consists of a multi-cellular section made from extrusions, the application of the simplified method in determining the effective width of the deck section becomes a non-trivial task. A refined analysis using finite element methods is required to establish these design parameters for an optimized bridge solution in aluminium. In the present study, a finite element analysis is carried out to investigate the transverse distribution of traffic load on aluminium decks made from longitudinal and transverse extrusions, supported by steel girders. A number of bridge models are developed to study the influence of girder spacing and bridge span on the truck load fraction for aluminium decks and for establishing the effective area for the composite aluminium deck with steel girder system. It was determined that the code largely overestimates the values of truck load fractions, up to 25% to 40%. In addition, it was found that the truck load fractions calculated for models with transverse extrusion arrangements were always lower than those calculated for models with longitudinal extrusion. The transverse arrangement is therefore more effective in transferring truck loads to supporting girders. With respect to the effective area, the study showed that these values were lower for longitudinal extrusions than transverse extrusions. Finally, when compared with the values obtained using the simplified method by the code for a concrete deck, the effective areas determined were lower than those obtained from the code.