Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Bien que la métallurgie des poudres (MP) soit connue comme un méthode de fabrication aux cotes presque finales, un volume ignificatif de pièces MP nécessitent que l’on ait recours à une opération d’usinage. Les opérations d'usinage secondaires sont habituellement requises pour la conformité dimensionnelle ou la production de caractéristiques géométriques compliquées qui ne peuvent pas être obtenues par le procédé de pressage. Cependant, en raison de la présence de porosité, l'usinabilité des pièces en aciers MP est difficile en comparasion aux aciers corroyés et peut ajouter 20% ou plus au coût total de fabrication de ces pièces. Parmi les diverses mesures connues pour améliorer l'usinabilité des aciers MP, l'utilisation d'additifs d'usinage, soit pré-mélangés, soit préalliés, est de loint la méthode la plus utilisée. Il existe des dizaines d'éléments et de composés différents qui peuvent améliorer l'usinabilité à différents niveaux. Néanmoins, leurs effets négatifs sur d'autres propriétés des aciers MP tels que les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion rendent leur utilisation peu intéressante. Dans cette étude, des particules de graphite libre sont présentées comme un nouvel additif qui non seulement améliore significativement l'usinabilité des aciers MP, mais le fait sans affecter de façon notable les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion. Il a été démontré qu'il est possible d'obtenir des particules de graphite libres dans un acier MP par enrobage de celles-ci. Cet enrobage permet d’empêcher le graphite de diffuser dans la matrice de fer pendant le frittage. Dans cette étude, des particules de graphite enrobées de nickel ont été recouvertes de cuivre par le procédé de cémentation. Un traitement thermique a ensuite été réalisé sur ce nouveau matériau afin d’obtenir un revêtement plus uniforme. Les résultats des essais de caractérisation mécanique sur des échantillons frittés (FC-0208) contenant des particules prémélangées de graphite enrobées de cuivre / nickel, soit traitées thermiquement ou non, montrent que ce nouvel additif ne détériore pas les propriétés mécaniques statiques et dynamiques des aciers MP. De plus, la résistance à la corrosion des échantillons contenant cet additif se révèle être la même que celle des échantillons sans additif. Les effets de l’additif non traité thermiquement et traité thermiquement sur l'usinabilité des aciers MP ont également été caractérisés en utilisant un opration de perçage. Les résultats obtenus montrent que ce nouvel additif peut améliorer significativement l'usinabilité en réduisant la force de coupe requise. / Although powder metallurgy (PM) is known as a near-net-shape fabrication method, noticeable amount of PM parts need some sort of machining. Secondary machining operations are usually required for dimensional conformance or producing complicated geometrical features that cannot be achieved at the compaction stage. However, due the presence of porosity, machinability of PM steels is difficult compared to wrought steels and can add 20% or more to the overall fabrication cost of PM parts. Thus, improving machinability of PM steels can definitely reduce their production costs. Among the various measures known to improve machinability of PM steels, addition of machining aids, either as admixed or pre-alloyed, is the most popular one. There are tens of different elements and compounds that can improve machinability at different levels. Nevertheless, their negative effects on other properties of PM steel components, such as mechanical properties and corrosion resistance, make their utilization somewhat limited. In this study, free graphite particles are introduced as a new additive that not only significantly improve machinability of PM steels, but also does not affect the mechanical and corrosion properties. It was found that it is possible to have free graphite particles in a PM steel, sintered using conventional sintering conditions, by coating the graphite particles. This coating can prevent graphite from diffusing into the iron matrix during sintering. In this research, nickel coated graphite particles were coated with copper through cementation process. A heat treatment was then performed on this newly developed material to have a more uniform single layer coating. The results of mechanical characterization tests on the copper steel sintered samples containing admixed copper/nickel coated graphite particles, either in the form of non-heat-treated or heat-treated, showed that this new additive does not deteriorate static and dynamic mechanical properties of PM steels. Moreover, the corrosion resistance of the samples containing copper/nickel coated graphite was found to be the same as samples without additive. The effects of non-heat-treated and heat-treated copper/nickel coated graphite on machinability of PM steels were also characterized using drilling test. It was seen that this new additive can significantly improve machinability through reducing the required cutting force.

L'influence des ions Pb2+ sur le dépôt de zinc a été étudiée dans l'électrolyte acide de sulfate de zinc avec et sans Mn2+. La polarisation galvanostatique, la polarisation potentiodynamique, la voltammétrie cyclique (VC), les mesures de bruit électrochimique (MBE) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) en conjonction avec la microscopie électronique à balayage (MEB) et la diffraction des rayons-X (XRD) ont été considérés. L'effet de différents paramètres de fonctionnement tels que la concentration de Zn2+, la concentration d’acide sulfurique, la densité de courant, l'agitation de l’électrolyte et la température a été étudié en présence de Mn2+ et Pb2+. Les résultats galvanostatiques utilisant un électrolyte standard de zinc contenant 12 g/L de Mn2+ (ES) ont montré que les ions de plomb ajoutés à l’ES conduisaient à une augmentation du potentiel cathodique et de l'efficacité de courant (EC) du dépôt de zinc. L'augmentation de la concentration de Mn2+ dans l'électrolyte a entraîné une diminution du potentiel cathodique et d’EC du dépôt de zinc à cause de l'effet de dépolarisation du MnO4- formé. En outre, l'augmentation de la densité de courant de 45 à 60 mA/cm2 et de l'agitation de 60 à 412 tr/min ont donné lieu à une augmentation du potentiel et à une diminution d’EC. L'augmentation de la température de 35 à 45°C a conduit à une diminution du potentiel cathodique. Pour l'électrolyse de longue durée (72 h), la teneur de Pb dans le dépôt de zinc en utilisant l'anode Pb-0,7%Ag était de 1,90-1,98 ppm, presque équivalente à celle employant l'anode de Pt avec l’addition de 0,15-0,2 mg/L de Pb2 +. L'électrolyse à 40°C et 52,5 mA/cm2 en présence de plomb jusqu'à 0,1-0,2 mg/L dans un électrolyte contenant 12 g/L Mn2+ pourrait être considérée comme des meilleurs paramètres opérationnels pour le procédé d'extraction électrolytique. Les études SIE ont montré que le dépôt de zinc sur le zinc est plus facile que celui du zinc sur l'aluminium. L’analyse des MBE a révélé que l'augmentation des concentrations de Pb2+ (0,05-0,8 mg/L) dans l'électrolyte de zinc sans Mn2+ s'accompagne d'une diminution de l'inclinaison et d'une augmentation des valeurs du kurtosis qui puissent être corrélées à la morphologie du dépôt de zinc. / The influence of Pb2+ ions on zinc deposition was investigated in acidic zinc sulfate electrolyte with and without Mn2+ ions. Galvanostatic polarization, potentiodynamic polarization, cyclic voltammetry (CV), electrochemical noise measurements (ENM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in conjunction with scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) have been considered. Effects of different operating parameters such as Zn2+ ions concentration, sulfuric acid concentration, current density, electrolyte agitation and temperature were investigated in presence of Mn2+ and Pb2+ ions. The galvanostatic results using standard zinc electrolyte containing 12 g/L Mn2+ (SE) showed that lead ions added to the SE led to an increase in the cathodic potential and current efficiency (CE) of zinc deposit. Increasing Mn2+ concentration in the electrolyte resulted in decrease of cathodic potential and CE of zinc deposit due to the depolarization effect of formed MnO4-. In addition, increases of current density from 45 to 60 mA/cm2 and agitation from 60 to 412 rpm resulted in an increase of overpotential and decrease of CE. Increase of temperature from 35 to 45°C led to a decrease of cathodic potential. For long time electrolysis (72 h), the Pb content in zinc deposit using Pb-0.7%Ag anode was 1.90-1.98 ppm, almost equivalent to that employing Pt anode with addition of 0.15-0.2 mg/L of Pb2+. Electrolysis at 40°C and 52.5 mA/cm2 in presence of lead up to 0.1-0.2 mg/L in an electrolyte containing 12 g/L of Mn2+ could be considered as best conducted operating parameters for electrowinning process. EIS studies showed that zinc deposition on zinc is easier than that of zinc on aluminum. ENM revealed that increase of Pb2+ concentration (0.05-0.8 mg/L) in zinc electrolyte without Mn2+ is accompanied with a decrease of skew and increase of kurtosis values that could be correlated to the morphology of zinc deposit.

Ce mémoire décrit des travaux de laboratoire visant à produire des solutions de terres rares (TR) purifiées à partir d’échantillons de deux gisements potentiels québécois. Ces solutions purifiées visent l’alimentation d’un circuit de séparation des éléments individuels de TR par extraction par solvant, qui permet leur valorisation. Le premier échantillon est un minerai silicaté, titrant 0,8 % TR, contenant de l’allanite comme porteur principal de TR. La lixiviation directe du minerai concassé, agité dans une solution d’acide sulfurique, à un dosage de 200 kg/t, permet de faire passer plus de 80 % des TR légères en solution. Une cinétique d’ordre 1 décrit le taux de lixiviation des TR légères. Le Fe et le Th peuvent être précipités par une oxydation suivie d’une neutralisation à un pH entre 3,5 et 5, puis séparés par filtration. Le deuxième minerai contient 1,5 % TR sous forme de bastnaésite et de monazite. La gangue est composée à 90 % de carbonates devant être rejetés pour éviter une surconsommation d’acide. Après un broyage à un P₈₀ de 33 μm, une flottation directe à 50 °C, utilisant 2000 g/t d’acide hydroxamique comme collecteur permet de récupérer 88 % des TR dans un concentré à 6,2 % TR ce qui dépasse la plupart des résultats obtenus jusqu’à présent avec ce minerai. La flottation des minéraux de TR suit une cinétique d’ordre 1 alors que la gangue est entraînée mécaniquement. Une conversion des minéraux en hydroxydes dans une solution de NaOH concentré chaud rend les TR plus solubles. Le solide ainsi obtenu peut être digéré au HCl jusqu’à un pH de 3, afin de lixivier sélectivement 95 % du lanthane, laissant 99,9 % du fer dans un résidu solide. Les travaux contribuent au développement de l’expertise québécoise dans le domaine de la métallurgie et de l’analyse des TR. / This thesis documents laboratory testwork aiming to produce Rare Earth Elements (REE) purified solutions from two potential ore sources from the Québec province. These solutions would eventually feed a solvent extraction circuit to separate and produce sellable REE. The first sample is a silicate-based ore and has a grade of 0.8 % total REE contained mainly in allanite, a REE hydroxy-silicate. Direct H₂SO₄ leaching of crushed ore, at a dosage of 200 kg/t solubilises more than 80% of the light REE. The extraction rate can be described by a first-order kinetic model. Fe and Th can be selectively precipitated and separated by an oxidation-precipitation reaction at a pH between 3.5 and 5, followed by a filtration, yielding a fairly pure solution. The second tested ore sample contains 1.5 % total REE, present as bastnaesite and monazite. The gangue is 90 % carbonaceous and should be rejected to minimize the acid consumption upon leaching. After grinding at a P₈₀ of 33 μm, direct flotation at 50 °C, using 2000 g/t of hydroxamic acid as the collector yields 88 % REE recovery at a grade of 6.2 % REE. The flotation of REE follows first order kinetic model, while the gangue is largely entrained to the concentrate. A conversion of the REE minerals to hydroxides in a hot concentrated NaOH solution renders them more soluble. Leaching the solids, with HCl to a pH of 3 solubilises 95%, of the lanthanum, while 99.9 % of the iron remains in the solid residue. This work contributes to the development of a Québec-based expertise in REE metallurgy, as well as solid and liquid REE analysis.

Les maladies cardiovasculaires représentent une des principales causes de décès dans le monde et différentes actions sont en place depuis des décennies pour comprendre les mécanismes d’action de ces maladies et leur impact sur le corps humain. Dans l’optique de venir en aide aux personnes souffrant de ces maladies, le génie tissulaire vasculaire émerge comme une technologie prometteuse afin de favoriser la régénération des tissus et des organes endommagés. Cependant, les modèles issus du génie tissulaire, en plus d’être biologiquement et chimiquement comparables au tissu natif, doivent également présenter des propriétés mécaniques permettant aux modèles de répondre aux différentes fonctions physiologiques. Dans cette optique, il est nécessaire de concevoir, optimiser et développer une série d’essais permettant de vérifier les performances mécaniques des constructions regénérées. De nombreuses approches ont été déployées dans ce domaine contenant chacune ses avantages et ses inconvénients, mais il n’existe pas, à l’heure actuelle, aucun standard sur le protocole des essais mécaniques à préconiser avec un échantillon spécifique. Dans ce contexte, le projet de ce mémoire a été de concevoir et de valider des protocoles de caractérisation mécanique non-conventionnels appliqués spécifiquement à des tissus vasculaires. Tout d’abord, un protocole pour la caractérisation mécanique de gels de collagène en configuration plane à été développé. Ensuite, ce protocole à été étendu pour la modélisation numérique afin d’étudier l’applicabilité d’un modèle poro-viscoélastique. Par la suite, des protocoles expérimentaux ont été développés afin de permettre la densification de gel de collagène ainsi que leur caractérisation mécanique. Enfin, une caractérisation expérimentale d’aortes de souris calcifiées à été réalisée. Dans son ensemble, l’étude exécutée dans le cadre de cette maîtrise à permis l’approfondissement des connaissances dans le domaine de la caractérisation mécanique des tissus mous viscoélastiques. Ce mémoire présente également d’autres techniques de caractérisation mécanique pour différents types de tissus vasculaires. D’autres protocoles de tests développés dans le cadre de collaboration avec d’autres groupes de recherche sont décrits dans ce mémoire. / Cardiovascular diseases represent one of the principal causes of death worldwide. It is therefore of high importance to improve our understanding of their mechanisms of action and their impact on health. To help people suffering from these diseases, tissue engineering is emerging as a promising technique for developing regenerated constructs to replace diseased tissues and organs. However, apart from being biologically compatible, the developed construct also needs to have mechanical properties like the one of native tissues. It is therefore necessary to perform mechanical characterization on the tissue engineered construct to validate its suitability. When it comes to mechanical characterization, a lot of approaches are used by different research groups as there is absolutely no standard in this field. In this context, the objective of this thesis is to develop and validate non-conventional mechanical characterization protocols specific to soft tissues for vascular application. First, a testing protocol was developed to characterize disk-shaped collagen gel samples. Secondly, the same collagen gel, but in tubular geometry, were densified and also characterized. Finally, a mechanical testing protocol and device was developed in order to characterize very small caliber blood vessels, such as mouse aortas. This thesis also presents other techniques for mechanical characterization used for vascular tissue, as along with protocols developed in the process of external collaboration with different research groups.

Thèse en cotutelle, Université Laval Québec, Canada, et Université de Toulouse III, Toulouse, France / Chaque année, environ 1,5 million de patients requièrent un remplacement vasculaire en réponse à une athérosclérose avancée, causant le rétrécissement interne des vaisseaux sanguins. Malheureusement, encore aujourd’hui les matériaux synthétiques utilisés pour remplacer les artères de petits diamètres (inférieurs à 6 mm) restent associés à un haut taux d’échecs, démontrant ainsi un manque de biocompatibilité certain. L’une des principales complications observées est l’hyperplasie néointimale artérielle caractérisée par l’obstruction du vaisseau sanguin due à la prolifération tridimensionnelle de cellules sur la paroi interne de la prothèse. Différentes stratégies visant à limiter cette réaction naturelle sont aujourd’hui envisagées, notamment l’utilisation d’un système à libération contrôlée de médicament intégré localement aux prothèses vasculaires. En parallèle, l’essor des technologies plasma a permis de montrer qu’il était possible de revêtir la surface de matériel biomédical pour améliorer son interaction avec un environnement biologique. La stratégie consiste à utiliser l’énergie et la réactivité d’un plasma pour polymériser un précurseur gazeux. En sélectionnant la structure moléculaire du précurseur et les conditions expérimentales du plasma appropriées, il est possible de déposer un polymère plasma à la surface du matériel sélectionné pour lui conférer des propriétés sur mesure. C’est dans ce contexte que cette thèse a consisté à synthétiser, à l’aide d’un plasma, une matrice polymère plasma biodégradable pour revêtir la paroi interne d’une prothèse vasculaire, dans le but d’y incorporer un médicament choisi de façon à limiter l’hyperplasie néointimale. Ce projet a permis d’une part de réaliser une preuve de concept en déposant un revêtement polymère plasma dégradable par décharge à barrière diélectrique en configuration planaire. En utilisant le lactate d’éthyle en tant que précurseur et après de nombreuses analyses, des conditions de dépôt optimales ont pu être élues pour leur potentiel dans le cadre d’applications vasculaires. D’autre part, grâce à une caractérisation approfondie de la décharge, une corrélation étroite entre la physico-chimie du plasma et les dépôts dégradables obtenus a pu être établie. Afin d’élargir les possibilités de vitesse de dégradation, l’influence d’une alimentation impulsionnelle sur la décharge et sur le dépôt a de plus été étudiée. Si la manière d’apporter l’énergie a eu une forte influence sur la décharge, aucune influence majeure n’a été notée sur la chimie et la morphologie des dépôts faits à partir de lactate d’éthyle. Enfin, la construction d’un réacteur plasma tubulaire permettant de déposer la matrice développée à l’intérieur de prothèses artérielles a permis de s’étendre aux conditions réelles de dépôt. Dans l’ensemble, ce projet de recherche a mis en évidence le potentiel des procédés plasma pour le développement de matrices polymères plasma dégradables, notamment dans le cadre de systèmes à libération contrôlée et locale de médicaments pour des applications en chirurgie vasculaire. D’un point de vue de la physique des plasmas, ce travail a de plus souligné l’importance de l’étude de la décharge dans de véritables conditions de dépôt de couches minces. / Every year, about 1.5 million patients need a vascular replacement due to advanced arteriosclerosis, which causes the internal narrowing of blood vessels. Unfortunately, even today the synthetic materials used to replace small diameter arteries (below 6 mm) remain associated with low patency rate, which demonstrates an evident lack of biocompatibility. One of the main observed complications is arterial neointimal hyperplasia, which is characterized by the blood vessel obstruction due to the tridimensional proliferation of cells on the graft internal wall. Different strategies aiming at limiting this body reaction are currently considered, in particular the use of a drug delivery system locally integrated to the vascular grafts. Concurrently, the rise of plasma technologies enabled to demonstrate the possibility to coat the surface of biomedical devices to improve their interaction with a biological environment. The strategy consists in using the plasma energy and reactivity to polymerize a gaseous precursor. By selecting the appropriate precursor molecular structure and plasma experimental conditions, one can build up a plasma polymer with tailored properties. It is in this context that this thesis consisted in synthesizing, using plasma, a biodegradable polymeric plasma polymer matrix to coat the internal wall of a vascular graft, with the goal to incorporate a drug chosen to limit neointimal hyperplasia. On one hand, this project acted as proof of concept by developing a degradable plasma polymer coating using a planar dielectric barrier discharge. After extensive studies using ethyl lactate as precursor, optimal chemical vapor deposition conditions were elected for their potential in terms of vascular applications. On the other hand, thanks to an extended discharge characterization, a strong correlation was established between the plasma physico-chemistry and the properties of the degradable coatings synthesized. In addition, to broaden possibilities in terms of degradation rate, the influence of a squared pulse power supply on the discharge and the coating was studied. If changing the way to bring the energy had a strong influence on the discharge, no major influence was noticed on the ethyl lactate-based coatings’ chemistry and morphology. Finally, a tubular plasma reactor was build up to empower the internal wall of vascular prosthesis to be coated, which enabled to extend this project to the deposition conditions of its final application. Overall, this research project highlighted the potential of plasma processes for the development of degradable plasma polymer matrices, particularly for local drug delivery systems for vascular applications. On a physics perspective, this work emphasized the importance of studying the discharge under actual thin layer deposition conditions.

Parmi les aciers, les alliages Fe-Mn-C présentent un meilleur compromis entre une forte résistance à la traction (Rm  1000 MPa) et une bonne ductilité (A(%) 40%) dû à un mode de déformation basé à la fois sur le glissement de dislocations et un maclage intense (effet TWIP). À cette combinaison de propriétés mécaniques s’ajoute le fait que les alliages Fe-Mn-C ne sont pas résistants à la corrosion surtout dans un environnement riche en ions chlorure (Cl-), ce qui fait d’eux des matériaux potentiellement utilisables pour des applications de stents biodégradables. En effet, la tendance à la corrosion de ces alliages pourrait être exploitée efficacement pour des applications biomédicales. Cependant le contrôle de la dégradation reste un élément primordial pour les métaux biodégradables. Étant à l’origine conçus pour l’industrie de l’automobile il n’existe aucun standard ni protocole pour effectuer les tests de dégradation in-vitro pour cette catégorie d’alliages. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement à la dégradation in-vitro d’alliages Fe-Mn-C à effet TWIP dans différentes solutions pseudo-physiologiques dans des conditions semblables au comportement du matériau une fois implanté dans l’artère. Étant donné que lors du déploiement, le matériau utilisé comme stent subit une déformation plastique, et qu’une fois déployé, sa dégradation dans l’artère se fait dans un environnement riche en CO2, l’étude a également porté sur l’influence de la déformation plastique ainsi que l’effet d’un environnement riche en CO2 sur la vitesse de dégradation. Les résultats obtenus montrent que le pourcentage de déformation plastique n’a pas d’influence significative sur la vitesse de dégradation. Par contre, le pourcentage de Mn dans l’alliage, la présence d’une atmosphère riche en CO2, la nature et la quantité d’ions présents dans les solutions pseudo-physiologiques ou encore la présence de protéines telle que l’albumine ont une grande influence sur la nature des produits de dégradation formés ainsi que la vitesse de dégradation des alliages Fe-Mn-C. / Among steels, Fe-Mn-C alloys achieve the best compromise between high ultimate strength (UTS1000 MPa) and good ductility ((%)  40%) with a deformation mode based on both the dislocations glide and twinning induced plasticity effect (TWIP effect). At this combination of mechanical properties it can be add the fact that Fe-Mn-C alloys are low corrosion resistant in rich chloride ions (Cl-) environment. This good combination of mechanical and low corrosion properties makes them potentially useful materials for biodegradable stents applications. In fact their tendency to be low corrosion resistant can be exploited efficiently for biomedical applications by controlling their degradation behavior. However, Fe-Mn-C alloys are initially designed for the automotive industry in order to get lighter body metals which are able to absorb energy in case of impact. So there is no standard or protocol to perform in-vitro degradation tests for this class of alloys for use as biodegradable stents. This thesis was therefore devoted to studying the degradation behavior of some Fe-Mn-C alloys with TWIP effect in pseudo-physiological solutions. When deploying the stent into arteries they undergo severe plastic deformation, and once deployed, degradation occurs in a CO2-rich environment, therefore this study also examined the influence of plastic deformation and CO2 gas pressure effect on the degradation behavior in order to have experimental conditions that are closer to what happens in the artery. The results obtained show that the plastic deformation has no significant effect on the degradation rate, on the other hand the percentage of Mn, the presence of CO2 partial pressure, the presence and quantities of carbonate and phosphate ions in the solution or the presence of albumin have a great influence on the formation of degradation products and therefore the degradation rate of the Fe-Mn-C alloys.

Cette recherche est principalement planifiée pour améliorer les propriétés en fatigue des aciers MP afin qu'ils remplacent largement leurs contreparties corroyées, principalement en raison de leurs avantages en lien avec leur coût de production. L’atteinte de cet objectif est fait en déterminant la microstructure la plus efficace des aciers MP au cours de chargements cycliques. La microstructure la plus efficace est celle qui permet de réduire ou d'arrêter la propagation de fissures de fatigue par la combinaison appropriée de ses phases constitutives. Il existe quelques travaux sur ce sujet, cependant, ils n'ont pas atteint de conclusions cohérentes en raison du manque de données suffisantes et / ou une comparaison inappropriée. Par conséquent, l'effet de différentes phases constitutives d'une microstructure hétérogène d'un acier MP est encore ambigu et inconnu. Afin d'élucider cette question, il convient d'étudier différentes phases microstructurales et le comportement de propagation des fissures de fatigue dans celles-ci. Notre étude commence par choisir deux aciers MP communs fabriqués à l'aide de deux techniques d'alliage soient : pré-mélangeage et pré-alliage, afin de produire respectivement des microstructures hétérogènes et homogènes. Deux types de traitements thermiques ont également été utilisés pour fournir différentes phases microstructurales qui sont nécessaires aux fins de cette étude. Les échantillons ont ensuite été testés en utilisant la charge cyclique et quatre ratios de contraintes pour étudier l'effet des conditions de fatigue. Une analyse quantitative des surfaces de rupture, qui comprend l'étude détaillée du cheminement des fissures en OM et en SEM a ensuite été effectuée sur les échantillons fracturés. Les données de vitesse de propagation de fissures de fatigue dans différents aciers MP ayant des microstructures différentes avec les données quantitatives acquises quant à leur parcours préférentiel nous ont amené à des résultats intéressants sur l'effet des constituants de microstructure sur le comportement de propagation de fissure de fatigue. Il s'est avéré que la fissure de fatigue se propage plus rapidement à travers la phase la moins résistante parmi celles présentes dans la microstructure. Ainsi, la perlite n'était pas favorable à la propagation des fissures en compagnie de ferrite riche en Ni, alors qu’en présence de martensite, on a trouvé que les grains perlitiques étaient le chemin de fissure préféré. De plus, l'austénite résiduelle, qui a été identifiée dans la littérature comme étant une phase bénéfique pour le retard de fissure de fatigue, s'est révélée inefficace. Bien que les fissures de fatigue contournent ces régions, la déformation causée par ce changement de chemin de fissure n'a pas montré d'effet positif sur le retard de fissure de fatigue. / This research is mostly planned to enhance the fatigue properties of PM steels inasmuch as they are extensively replacing their equivalent wrought steels due mostly to production cost benefits. This goal is going to be achieved through determining the most effective microstructure of PM steels in cyclic loadings. The most effective microstructure is the one that can reduce or stop the fatigue crack propagation through the proper combination of its constituent phases. There exists some researches on this topic, however, they did not reach consistent conclusions due to the lack of sufficient data and/or improper comparison. Therefore, the effect of different constituent phases of a heterogeneous microstructure of a PM steel is still ambiguous and unknown. In order to study this issue, diverse microstructures and the fatigue crack propagation behaviour through them should be studied. Our research begins by choosing two common PM steels manufactured using two alloying techniques of admixed and pre-alloyed to produce heterogeneous and homogeneous microstructures respectively. Two types of heat-treatments namely sinter-hardening and oil-quenching were also utilized to provide more microstructural phases that is needed for the purpose of this study. The samples were then tested in cycling loading using different R-ratio in order to study the effect of fatigue conditions as well. Quantitative analysis of the fracture surfaces, which includes the detailed study of the crack path in OM and SEM, were then performed on the fractured samples. The fatigue crack growth rate data in different PM steels having different microstructures along with the quantitative data acquired from their crack path led us to interesting results on the effect of microstructural constituents on fatigue crack propagation behaviour. It was found that the fatigue crack will propagate more rapidly through the weakest i.e. lowest strength phase among the ones present in the microstructure. Thus, pearlite was not favourable for crack propagation in the company of Ni-rich ferrite while in the presence of martensite, pearlitic grains were found to be the preferred crack path. Moreover, the retained austenite, which was identified in literature to be a beneficial phase for fatigue crack retardation, was found to be ineffective on the matter. Although fatigue cracks circumvented these regions, the deflection caused by this change of crack path did not show any positive effect on fatigue crack retardation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les coûts de production d’électricité élevés ainsi que la présence de forts vents pour le Grand Nord canadien créent un contexte favorable à l’implantation du jumelage éoliendiésel pour les réseaux autonomes. Situé sur le site de la mine Raglan, la première éolienne industrielle du Nunavik a produit un total de 8,3 millions de kWh à sa première année d’utilisation. Pour les années à venir, elle devrait atteindre son objectif de production de 9,4 millions de kWh, permettant une économie de carburant de 2,4 millions de litres. En fonction de ces performances, un taux de rendement interne après impôt de 22,4% est calculé pour le projet éolien. Basé sur ces résultats, les logiciels Homer Pro et RETScreen 4 sont utilisés pour calculer les performances techniques et économiques de l’ajout d’éoliennes et de systèmes de stockage d’énergie au réseau actuel de la mine. Il est calculé que chaque éolienne additionnelle diminue la rentabilité du projet, son taux d’intégration étant inférieur. Le stockage d’énergie électrique par une roue inertielle et par une batterie lithium-ion est, en présence de 2 ou 3 éoliennes, des options économiques viables lorsque leur puissance nominale est inférieure à 20% de la puissance nominale des éoliennes. Pour sa part, le stockage d’énergie par une boucle d’hydrogène s’avère une alternative plus coûteuse. Considéré comme une alternative à l’utilisation de systèmes de stockage d’énergie comme réserve opérationnelle, un générateur pouvant fonctionner à faible taux de charge permettrait des économies de carburant plus importantes que les systèmes de stockage d’énergie / The high cost of electricity generation combined with the presence of strong winds in Canada’s Great North are creating a favorable context for wind-diesel implementation in remote electric grid. Located at Raglan mine site, the first industrial wind mill in Nunavik has produced a total of 8,3 millions kWh at his first operational year. For years to come, it should achieve its objective to produce 9,4 millions kWh of wind power, allowing annual fuel savings of 2,4 millions litres of diesel. In accordance with those performances, an internal return rate of 22,4% is calculated for the wind project. Based on those results, Homer Pro and RETScreen 4 softwares are used to calculate technical and economical performances of additionnal wind power and energy storage to this remote grid. It is calculated that each additionnal wind turbine is lowering the economic value of the project, as its integration rate is lower. Energy storage by mean of a fly-wheel or a lithium-ion battery are, in presence of 2 or 3 wind turbines, economic options for a power rating lower than 20% of the wind turbines rated power. A third storage option considered, hydrogen production is evaluated more expensive. Considered as an alternative to energy storage, a genset able to work at low load ratio would create more fuel savings than the energy storage options evaluated

Au cours des trente dernières années, l’ingénierie du tissu vasculaire a connu un essor considérable dû à un besoin clinique important de greffons vasculaires adéquats pour le remplacement d’artères de faible diamètre. En effet, les greffes autologues ou synthétiques actuels de faible diamètre s’accompagnent souvent d’une défaillance à l’intérieur de 5 à 10 ans. Malgré les efforts injectés dans les dernières années, la translation vers la clinique d’artères régénérées ne connait pas les résultats escomptés. L’un des défis majeur dans l’ingénierie tissulaire est le contrôle des fonctions cellulaires qui dicte la maturation des constructions. De nombreuses études ont été menées sur la réponse des cellules musculaires lisses (abréviation en anglais : SMC désignant «smooth muscle cell») en 2D sous contrainte cyclique, mais peu ont examiné l'effet de la contrainte cyclique sur les SMC en 3D afin d'optimiser les stratégies de contrôle de bioréacteurs pour la maturation et régénération des tissus. Ainsi, ce projet de recherche vise à faire l’étude des effets de stimuli mécaniques cycliques sur des échafaudages cellularisés de collagène. Le collagène a été utilisé comme échafaudage dû à ses excellentes propriétés biologiques et aussi car il est présent dans la paroi des artères physiologiques. Un système permettant d’imposer des stimuli mécaniques cycliques en 2D aux constructions 3D de collagène cellularisées a donc été développé. Les contraintes cycliques ont révélé une orientation préférentielle des cellules dans le sens de la contrainte, ainsi qu’une orientation des fibrilles de collagène dans ce même sens par les cellules. De plus, le remodelage effectué par les cellules a permis d’augmenter les propriétés viscoélastiques de la construction et d’obtenir un comportement mécanique à la relaxation de contrainte semblable aux veines saphènes. Les cellules ont également démontré une désensibilisation face aux contraintes cycliques. Cette recherche a ainsi permis de répondre à certaines questions reliées aux comportements cellulaires dans un environnement 3D sous condition de stimulation mécanique. L’approfondissement des connaissances des comportements cellulaires en environnement 3D sous contrainte cyclique demeurent un défi clé dans l’obtention d’artères régénérées ayant des propriétés physiologiques similaires à celles d’artères natives. / In the last thirty years, vascular tissue engineering has emerged as an important field in tissue engineering due to a significant clinical need for adequate vascular graft for replacement of small diameter artery. Indeed, the current autologous or synthetic grafts of small diameter present a high failure rate within 5 to 10 years. Despite the efforts injected in the recent years, the clinical translation of engineered artery constructs is far from being successful. One of the challenges encountered in tissue engineering is the control of cellular functions that dictates the maturation of tissue engineering constructs. Furthermore, numerous studies have been conducted on the response of smooth muscle cells (SMC) in 2D under cyclic strain, but a few have examined the effect of cyclic strain on SMCs in 3D to optimize the control strategies of bioreactors for tissue maturation and generation. Thus, this research project aims to study the effects of cyclic mechanical stimuli on cellularised collagen scaffolds. Collagen has been used as a scaffold due to its excellent biological properties and since it is found in the wall of physiological arteries. A system for imposing cyclic mechanical stimuli in 2D to 3D cellularised collagen constructs was therefore developed. The cyclic stresses revealed a preferential orientation of the cells in the direction of the strain, as well as an orientation by the cells of the collagen fibrils in the same direction. Moreover, the remodeling performed by the cells led to an improvement of the viscoelastic properties of the construct and to a mechanical behavior similar to the saphenous vein under stress-relaxation. The cells also shown a desensitization to cyclic mechanical stimuli. Thus, this research allowed to answer some of the questions related to cellular behavior in a 3D environment under mechanical stimulation. Deepening our knowledge of cell behavior in 3D environment under cyclic mechanical stimuli remains a key challenge in obtaining regenerated artery with similar physiological properties than native arteries.

Cette thèse de doctorat est divisée en des études sur l'or pur; la corrosion galvanique; et la polarisation de l'or en présence d'oxydes de fer contenus dans un minerai d'or grillé. La dissolution de l’or diminue en présence de magnétite et, augmente en présence d’hématite et de maghémite. Des produits de corrosion et des couches adsorbées ralentissent la dissolution d’or. Pour les études sur l’or pur, une augmentation du pH de 10 à 11 a réduit de 35 fois la densité de courant, alors qu'elle a augmentée de 32 fois en diminuant l'agitation de 100 à 60 tr/min. Les études potentiostatiques, à trois potentiels anodiques, montrent que l'augmentation de la concentration de cyanure, du pH, et du potentiel diminuent la densité de courant. Des films d'oxydes d'or ont été identifiés par XPS. La mesure du bruit électrochimique est un outil prometteur pour estimer la vitesse de corrosion in situ. Pendant les tests de corrosion galvanique, utilisés en mode ampèremètre zéro-résistance, les électrodes minérales testées ont eu un effet négatif sur la lixiviation de l’or selon l’ordre décroissant : magnétite, magnétite-hématite avec des surfaces égales, et minerai d'or grillé. Cependant, la maghémite et l'hématite ont eu un effet positif. La concentration d'ions solubles et la vitesse de diffusion pourraient retarder ou favoriser la dissolution. L’argent a été identifié par XPS sur la surface de l’or, suggérant, une passivation partielle. À partir des études de polarisation potentiodynamique, l'hématite, en tant que composé système “combiné d'anode Au-hématite”, favorise le courant de corrosion anodique de 12%, alors que la magnétite abaisse le courant (de 11%). Les études de deux cellules séparées ont été réalisées pour révéler l’influence des ions solubles dans la dissolution de l’or. Le balayage du potentiel circuit ouvert jusqu’à vers des valeurs cathodiques en présence d'oxygène atmosphérique et de cyanure montre des vitesses de corrosion, déduites des pentes de Tafel, sont proches des à valeurs industrielles. La vitesse de lixiviation de l'or diminue de 40% en présence de pulpe de magnétite, alors que celle-ci augmente, respectivement de 25% et 10% pour l'hématite et la maghémite. MEB-EDX confirment l'effet négatif de la magnétite par la présence d’une forte accumulation d’oxydes de fer sur la surface de l'or. De faibles quantités d'or ont été identifiées sur les particules de magnétite par XPS. La séparation magnétique des résidus de cyanuration a été suivie la caractérisation électrochimique du concentré et des rejets. / This Ph.D. thesis is divided into studies using pure gold; galvanic corrosion; and gold polarization in presence of iron oxides of roasted gold ore. Gold dissolution decreases in the presence of magnetite, and increases in the presence of hematite, and maghemite. The corrosion products and adsorbed layers lead to a slowdown of gold dissolution. For pure gold study, increasing pH from 10 to 11 results in a current density lower by 35 times, while it increases by 32 times with decreasing agitation from 100 to 60 rpm. At three anodic potentials, potentiostatic studies show that increasing cyanide concentration, pH, and potential decrease the current density. Au oxides have been identified by XPS. Electrochemical noise measurement is promising tool with its in-situ corrosion rate estimation. In galvanic corrosion studies, employing zero-resistance ammeter (ZRA) mode, the tested mineral electrodes show a negative effect on gold leaching in decreasing order: magnetite, magnetite-hematite with equal surfaces, and roasted gold ore. However, maghemite and hematite show a positive effect. Concentration of soluble ions and diffusion rate could retard or promote gold dissolution. Silver has been identified by XPS on gold surface suggesting partial passivation. In potentiodynamic polarization studies, hematite, as a part of the combined “Au-hematite anode” system promotes anodic corrosion current by 12%, while magnetite shows negative effect (11%). Two separate container tests have been considered to examine the influence of soluble ions on gold dissolution. Scanning from open circuit potential to more cathodic values in presence of atmospheric oxygen and cyanide shows corrosion rates obtained from Tafel slopes close to industrial practice. Gold leach rate decreases by 40% with magnetite slurry, whereas it increased by 25% and 10% for hematite and maghemite, respectively. SEM-EDS findings have confirmed the negative effect of magnetite due to the high accumulation of iron oxides on the gold surface. Low amounts of gold in magnetite particles are identified by XPS. Magnetic separation of leach tailings has been followed by electrochemical characterisation of the concentrate and the residues.