Ce mémoire présente des travaux de recherche portant sur les déformations hygromécaniques en régime transitoire d'une feuille de papier multicouche. Un modèle semi-analytique permettant de prédire ces déformations a été développé. Ce modèle utilise la théorie de la diffusion de l'humidité en régime transitoire à travers une plaque multicouche combinée à la théorie classique des stratifiés modifiée pour tenir compte des non linéarités géométriques. Les résultats du modèle pour une feuille de papier multicouche et pour deux types de carton ont été comparés aux résultats d'un modèle d'éléments finis. Le modèle semi-analytique développé a permis d'obtenir des résultats similaires aux résultats du modèle d'éléments finis, tout en minimisant le temps de calcul requis. Une étude expérimentale a ensuite été menée afin de valider les prédictions du modèle. Différentes couches de papier ont été utilisées pour concevoir des assemblages multicouches. Toutes les propriétés des couches individuelles et des assemblages requises par le modèle ont été évaluées. Enfin, les assemblages conçus ont été esposés à différents cycles d'humidité afin d'étudier leurs déformations hygromécaniques. Un système de mesure des déplacements en 3D a été utilisé pour mesurer les courbures des assemblages en fonction du temps. Les résultats des essais expérimentaux montrent une assez bonne concordance avec les prédictions du modèle semi-analytique, mais le temps requis pour atteindre l'équilibre est beaucoup plus long que prévu.

La réduction de masse des structures de remorques est un sujet d'actualité dans le domaine du transport. Ce mémoire traite du travail accompli lors de la conception d'une structure de remorque en aluminium ultralégère. Une revue de la conception de la remorque existante a été réalisée. Il en est ressorti que le plancher est complètement dissocié des deux poutres en I formant la structure principale. Une nouvelle structure comprenant une plate-forme structurale solidaire à une coque a été conçue. Pour arriver à ces fins, un long processus itératif incluant des analyses par éléments finis a permis d'élaborer et d'optimiser les extrusions à parois minces constituant la plate-forme. Pour ce qui est de la coque, elle a été désignée en fonction de résultats d'analyses par éléments finis. En plus, un modèle basé sur la théorie des poutres programmé sur Maple a servi à l'optimisation de la géométrie de celle-ci. Tous ces éléments innovateurs ont permis d'alléger la structure de façon importante. Enfin, des analyses à l'aide de la méthode des éléments finis ont été faites afin de comparer les performances du nouveau design aux performances de celui déjà existant.

Ce mémoire traite de l'équilibrage statique adaptatif d'un manipulateur à 4 degrés de liberté destiné à une utilisation au sein d'une chaîne de montage de l'industrie automobile. Le contexte du projet ainsi que les objectifs visés sont d'abord énoncés clairement. Par la suite, différentes méthodes et architectures permettant de réaliser l'équilibrage statique sont présentées. Ces méthodes sont détaillées et une conclusion est établie quant à la faisabilité de chacune. La meilleure d'entre elles est retenue puis analysée plus en détail. Pour en valider le fonctionnement, un prototype de cette solution est également construit. Finalement, les résultats de l'expérimentation et les problèmes rencontrés lors de celle-ci sont présentés. Un retour et une discussion sur l'ensemble du travail effectué viennent conclure le tout

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Un robot entraîné par des câbles est un type de manipulateur parallèle utilisant comme moyen de transmission des câbles reliant une base fixe à une plate-forme mobile. Le contrôle coordonné des longueurs et/ou des tensions dans les câbles permet de déplacer et d'appliquer des efforts à la plate-forme. L'objectif de cette thèse est de développer des outils pour analyser, optimiser et étalonner la géométrie des robots à câbles. La géométrie est définie par les positions des points d'attache des câbles au bâti et à la plate-forme. Ces positions ont une grande importance sur différentes propriétés des mécanismes à l'étude. Durant toute la thèse, les câbles sont considérés comme droits et non fléchis. Une des premières étapes est de définir les conditions pour que cette approximation soit valide. Par la suite, des outils mathématiques permettant d'analyser la cinématique sont développés. Une méthode permettant de quantifier la sensibilité cinématique de la pose de la plate-forme à l'actionnement est présentée. Ensuite, une méthode générale permettant de déterminer la capacité d'un mécanisme à générer un ensemble de torseurs donné est expliquée. Cette méthode considère une tension minimale et maximale admissible dans chaque câble et est valide pour les mécanismes ayant entre deux et six degrés de liberté de mouvement à la plate-forme, tant que le nombre de câbles est supérieur ou égal à ce nombre de degrés de liberté. Cette capacité est une des quatre conditions pour qu'un robot puisse effectuer une tâche à une pose donnée. Les trois autres sont énoncées et expliquées. Ceci permet de développer une méthode pour l'optimisation de la géométrie en regard d'une tâche. Des méthodes d'étalonnage permettant de déterminer les points d'attache de façon expérimentale sont aussi présentées. Finalement, une application de robot à câbles permettant de numériser l'apparence 3D d'objets est décrite. Ce dernier chapitre présente l'application des outils théoriques développés précédemment, de même que quelques résultats expérimentaux.

Ce mémoire présente les travaux de recherche effectués pour démontrer l'efficacité des actionneurs "Macro-Fiber Composite" (MFC TM) afin de contrôler activement la forme d'une structure en composite soumise à une perturbation thermique. Une étude numérique à l'aide du logiciel par éléments finis Abaqus a été menée parallèlement aux essais expérimentaux afin de prédire le comportement de la structure étudiée. Une étude analytique, numérique et expérimentale a permis de déterminer la géométrie nécessaire pour obtenir un gradient de température dans l'épaisseur de la structure assez important pour induire une déflexion mesurable. Ensuite, l'efficacité des actionneurs MFC TM à déformer une plaque sandwiche a été vérifiée. Un contrôle manuel est ensuite effectué lorsque la plaque sandwiche est déformée thermiquement. Finalement, une procédure expérimentale de contrôle actif basé sur les déformations de la plaque a été mise en place et vérifiée expérimentalement. Les résultats montrent que le contrôle de la forme de la plaque sandwiche est excellent

Ce mémoire analyse les pratiques actuelles concernant le servIce de maintenance et de télémaintenance, tout particulièrement dans un contexte industriel. Bien que la télémaintenance commence à être un concept connu et appliqué dans certains types d'industries, elle est rarement considérée dans les étapes de conception comme un élément de différenciation à offrir au client, et par conséquent devant être un livrable des projets de développements de nouveaux produits. Par le biais de l'étude d'un cas réel d'une industrie manufacturière, ce mémoire présente un modèle pour intégrer cet élément de différenciation au sein des processus de conception des entreprises manufacturières qui désirent se démarquer de ses compétiteurs de façon stratégique. Le cas de la Corporation STERIS Canada présenté dans ce travail explique comment améliorer l'approche classique de développement de produits actuellement en place, en intégrant les éléments de retour d'expérience client conjointement à la télémaintenance.

Dans la chaîne logistique forestière, les coûts de transport étant parmi les plus élevés, la planification du transport est particulièrement importante. Il existe souvent plusieurs entreprises de pâtes et papiers opérant dans la même région, et possédant chacune leurs propres réseaux de scieries et de papetières. Habituellement, chaque entreprise planifie individuellement le transport de copeaux de ses scieries vers ses papetières. Or, la planification collaborative du transport de copeaux entre un groupe d'entreprises est susceptible d'engendrer des réductions substantielles des coûts communs. On considère ainsi dans ce travaille cas où un groupe d'entreprises forment une coalition en planifiant de façon collaborative le transport de leurs copeaux. Tout d'abord, dans le cas d'une entreprise opérant de façon individuelle, un modèle mathématique de programmation linéaire est développé pour le problème d'approvisiont:lement en copeaux, vu comme un problème de transport de plusieurs produits (ou essences de copeaux) sur plusieurs périodes (vingt-six (26) périodes). Ce modèle est ensuite étendu au cas où deux ou plusieurs entreprises fusionnent leurs données dans le cadre d'une planification collaborative. Ces différents modèles mathématiques permettent d'évaluer les réductions de coûts générées grâce à la collaboration. Comme dans tout processus de collaboration, les problèmes de partage de coûts communs se posent avec acuité. En effet, pour une collaboration efficace et durable, il est crucial d'arriver à une allocation des coûts qui soit bénéfique pour tous les partenaires, et ce de la façon la plus équitable possible. En considérant un jeu de transport, nous comparons plusieurs méthodes de partage de coûts issues de la théorie des jeux collaboratifs. Ces modèles économiques incluent le nucléole, la méthode de Shapley, la méthode basée sur le volume, la méthode des coûts séparables et non séparables, ainsi que la méthode du profit égal. Une étude de cas impliquant trois (03) entreprises forestières est enfin présentée, où les différents modèles et méthodes développés sont analysés.

Le réchauffement climatique actuel entraine la fonte du pergélisol dans les zones septentrionales et la dégradation des infrastructures qui ont été construites dessus. Le présent mémoire porte sur l'étude de la dégradation des routes concernées par cette fonte. L'objectif est de réaliser un modèle numérique permettant de simuler et ainsi de prévoir l'évolution thermique d'un remblai situé sur du pergélisol, afin de pouvoir tester des solutions technologiques qui ont pour but de limiter le dégel de ce sol. Le modèle numérique est validé à partir de relevés de température effectuée sur un site expérimental situé à Beaver Creek, à la frontière du Yukon et de l'Alaska, qui subit directement l'effet de la fonte du pergélisol. Une fois le modèle numérique validé, trois solutions technologiques sont testées puis optimisées. La première solution est un remblai dit convectif, où l'on remplace le gravier situé sous ou en accotement de la route, par des pierres de grosses tailles, favorisant ainsi les phénomènes de transfert de chaleur par convection naturelle. Les résultats ont montré que le remblai convectif était la solution la plus performante pour créer une zone gelée de grande taille présente toute l'année sous la route. La deuxième solution est l'utilisation d'un drain thermique. Une conduite d'air est installée dans l'accotement du remblai, laissant circuler l'air par convection naturelle, en favorisant l'effet cheminée. Les résultats ont montré que le drain thermique était la solution la plus efficace pour limiter le dégel du remblai en été. Enfin, la troisième et dernière solution est l'utilisation d'une surface réfléchissante sur la route, ayant pour but de diminuer l'absorbtivité de la route, et ainsi de limiter le dégel du remblai. Les résultats ont montré que l'effet de cette surface réfléchissante était réel mais très localisé. Cependant, cette dernière solution reste la plus simple à mettre en place, car elle ne nécessite pas de travaux de grande envergure. Chacune de ces trois solutions a été optimisée. Les résultats finaux ont montré que la solution optimale, constituée d'un remblai à convection et d'une surface réfléchissante permettait d'éviter durant toute l'année que le pergélisol situé sous la route à Beaver Creek ne dégèle. Cela correspond donc à l'objectif fixé au départ pour le site expérimental étudié, et peut être développé pour d'autres situations de dégradation de routes dues à la fonte du pergélisol. / The current global warming triggers permafrost thawing, which jeopardizes the infrastructures that have been built on it. The present document presents a study of the thermal damage that roads experience because of this thawing. The objective is to build a numerical model to simulate and predict the thermal evolution of an embankment located on permafrost, in order to test technological solutions considered to limit the soil thawing. The numerical model is validated based on in situ temperature measurements collected in Beaver Creek, at the Yukon-Alaska border, that experiences the effects of permafrost thawing. Once the model is validated, three technological solutions are tested and optimized. The first solution is a convective embankment in which the gravel located under the road or on its shoulder is replaced by a layer of large rocks in order to enhance heat transfer by the air self-driven flow in this layer. Results have shown that the convective embankment was the most efficient solution for creating a large frozen region under the road ail over the year. The second solution is the thermal drain. An air duct in which air flow is triggered by natural convection is installed in the shoulder. The results revealed that the thermal drain was the best solution for preventing the thawing of the embankment in the summer. Finally, a third solution considered was to cover the surface of the road with a reflective painting in order to diminish the amount of solar radiation absorbed. The effect of the painting was very much localized. However, this last solution is the simplest to implement, because it does not require large roadwork. Each of these three solutions has been optimized. The optimal solution consisted of a convective embankment combined with a reflective surface in order to avoid the thawing of the road considered in this study. This corresponds meets the initial objective for the Beaver Creek road, and could be extended to other infrastructures on permafrost.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La première partie de ce mémoire de maîtrise concerne principalement la validation d'une méthode de calcul des forces et moment instationnaires sur des corps mobiles dans une méthode lagrangienne par particules vortex. La méthodologie développée ne requiert pas la pression, une variable qui n'est plus disponible directement dans notre algorithme lagrangien. La seconde partie vise l'optimisation de systèmes de deux ailes oscillantes à l'aide de simulations numériques en deux dimensions. Les ailes oscillantes considérées effectuent un mouvement de pilonnement (translation transverse) et de tangage (rotation) dans un écoulement pour en soutirer de l'énergie. Dans la configuration en tandem, pour laquelle les ailes sont une derrière l'autre, le positionnement de l'aile arrière influence grandement l'efficacité, qui peut atteindre 40% avec un placement adéquat. Dans la configuration en parallèle, pour laquelle les ailes sont une au-dessus de l'autre, les rendements maximaux atteints sont de l'ordre de 30% en raison de l'augmentation intrinsèque de la fenêtre d'écoulement.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les objectifs de ce mémoire peuvent se scinder en deux parties distinctes. On retrouve tout d'abord un objectif de nature méthodologique qui consiste à réduire les coûts de calcul d'une méthode lagrangienne par particules vortex. Le second objectif est pour sa part davantage relié aux phénomènes physiques et à l'optimisation d'un concept de turbine à aile oscillante. L'objectif méthodologique concerne une méthode vortex lagrangienne 2-D permettant de résoudre des écoulements externes, visqueux et incompressibles, autour de multiples corps en mouvement arbitraire. Avec une telle méthode, le contrôle de la relaxation de la résolution spatiale dans le sillage des corps est plus complexe que dans le cas d'une méthode eulérienne (méthode de grille), puisque la discrétisation des champs est réalisée via un ensemble de particules vortex. Étant donné le nombre sans cesse croissant de ces particules dans le sillage, les coûts de calcul deviennent alors de plus en plus importants. Afin de mieux contrôler cette augmentation du nombre de particules, une approche de redistribution par boîtes est donc proposée et permet à l'utilisateur de définir des boîtes de dimensions et de résolution variables. Les résultats montrent que dans plusieurs simulations, le nombre de particules peut être réduit jusqu'à 50% sans toutefois affecter significativement les prédictions des forces agissant sur les corps. L'atteinte de l'objectif méthodologique s'est avérée nécessaire pour réaliser l'optimisation du rendement d'un concept de turbine à aile oscillante. Cette optimisation a été étudiée via la modification des fonctions de mouvement de l'aile et l'utilisation d'un volet au bord de fuite. Les résultats montrent que la modification des fonctions de mouvement ne permet qu'une faible amélioration du rendement. Toutefois, le déploiement d'un volet permet quant à lui d'aller jusqu'à doubler le rendement pour certaines conditions d'opération.