Plusieurs modèles mathématiques ont étés développés au fil des ans pour prédire le comportement du panneau de fibres de bois MDF ¨medium density fiberboard¨ lors du pressage à chaud. Malgré les efforts déployés, bon nombre d’éléments spécifiques restent à préciser pour bien décrire l’ensemble des phénomènes physiques impliqués lors du pressage. Ce projet portait sur la détermination expérimentale de paramètres requis dans un modèle par éléments finis du pressage à chaud des panneaux de fibres de bois. Plus spécifiquement, le projet a porté sur la détermination et l’analyse de la conductivité thermique, de la perméabilité au gaz et de la porosité en fonction de la granulométrie, de la teneur en humidité, de la masse volumique et de la température du panneau MDF. Les panneaux utilisés dans le cadre du projet ont été fabriqués à partir de fibres d’épinette noire (Picea mariana), selon trois granulométries et cinq masses volumiques. Cette essence a été choisie car sa fibre constitue la majeure partie des panneaux MDF fabriqués dans l’Est du Canada. Les méthodes qui ont servi à l’évaluation de la perméabilité au gaz et de la conductivité thermique ont été éprouvées auparavant par d’autres chercheurs. Les résultats de perméabilité intrinsèque au gaz variaient de 1,0 x 10-11 m3air m-1panneau pour les panneaux d’environ 200 kg/m3 à 8,3 x 10-14 m3air m-1panneau pour des panneaux d’environ 800 kg/m3. Ces résultats ont permis de conclure que la taille des fibres n’a pas d’impact significatif sur la perméabilité au gaz. Par contre, la masse volumique s’est avérée significative lorsque mise en relation avec la perméabilité au gaz. En effet, plus la masse volumique augmente plus la perméabilité au gaz diminue, ce qui correspond à la littérature sur le sujet. Les résultats de conductivité thermique variaient entre 0,06 et 0,25 W/mºC selon la masse volumique, la taille des fibres et la teneur en humidité. Plus précisément, les travaux ont démontré que la conductivité thermique des panneaux de fibres MDF augmente avec la masse volumique, la teneur en humidité et la température jusqu’à un certain point comme le mentionne la théorie sur le sujet. On a relevé une différence significative de conductivité thermique entre la classe des grosses fibres par rapport celle des fines et moyennes. / Numerous mathematical models have been developed to predict the behaviour of medium density fiberboard panels (MDF) during the hot pressing process. However, despite these efforts, it still remains many parameters to define precisely in order to describe correctly the physical phenomena occurring during the hot pressing process. This project was focused on the determination of the parameters required for a finite element model of the MDF panels hot pressing process. More specifically, the project objectives were the determination and analysis of thermal conductivity and permeability in relation with different factors such as particle size, moisture content, density and temperature of the MDF panel. The MDF panels used for the project were made of black spruce fibers (Picea mariana) of three fiber sizes and five different densities. Black spruce (Picea mariana) fibers were chosen because they are used for the manufacture of most of the MDF panels produced in Eastern Canada. The methods chosen to determine gas permeability and thermal conductivity have been used by many other researchers. The results obtained show that fiber size has no significant impact on the gas permeability of MDF panels. However, density had a significant effect on gas permeability. Indeed, the higher the density, the lower the gas permeability which is in agreement with the literature on the subject. The results of thermal conductivity were between 0,06 and 0,25 W/mºC according to density, fibre size and moisture content. Precisely, the results have shown that the thermal conductivity of MDF panels increases with density, moisture content and temperature up to a certain point as the theory mentions. However, for thermal conductivity, a significant difference was noticed between the large fiber size class panels and the average and small fiber size class panels. The last two classes had a similar behaviour all along the test while the large fiber size panels behaviour was different for the variables studied.

Cette thèse porte sur l'évolution de la microstructure de superalliages à base de Nickel au cours de traitements thermomécaniques, avec une attention particulière portée sur la taille de grains et la quantité de macles thermiques. Ce travail a été réalisé dans l'optique d'évaluer la possibilité d'optimiser les propriétés de service par le principe de l'ingénierie de joints de grains. Les matériaux étudiés sont principalement l'alliage PER®72, et de manière exploratoire l'alliage N19. Ces deux matériaux appartiennent à la famille des superalliages à base de nickel à durcissement structural élaborés par voie conventionnelle (coulé et forgé) et par métallurgie des poudres respectivement. Deux modes de déformation, la torsion et la compression, ont été testés. Nous avons démontré que le maclage thermique est favorisé par les grandes vitesses de migration des joints de grains, essentiellement induites par (1) leur courbure qui diminue lorsque la taille de grains augmente et (2) les gradients de densité de dislocations produits par les faibles déformations appliquées à grande vitesse qui peuvent maintenir des vitesses de migration élevées même lorsque la taille de grains augmente. La force motrice associée à la courbure est en outre sensible à la distribution de taille de grains, qui s'est avéré être un paramètre microstructural important. La force motrice associée aux gradients de densité de dislocations peut par ailleurs permettre le franchissement des précipités primaires malgré la force de freinage de Zener qui s'exerce sur les joints de grains, ceci au cours de la déformation comme au cours d'un recuit subsolvus. L'occurrence ou la non-occurrence de la recristallisation dynamique au cours de la phase de déformation s'est ainsi avérée être une condition décisive pour l'évolution de la microstructure au cours d'un recuit ultérieur dans le domaine sub- ou super-solvus. Les conditions thermomécaniques de mise en forme permettent donc de moduler la taille de grains et la quantité de macles, même à l'issue d'un traitement supersolvus final.

Dans la présente thèse, nous nous intéressons aux phénomènes physiques se déroulant durant le processus de pressage à chaud des panneaux de fibres de bois (MDF). La non-linéarité et la forte interdépendance des phénomènes instationnaires de transfert de chaleur et de masse et du pressage mécanique de l'ébauche de fibres rendent leur modélisation et analyse non triviales. Dans un premier temps, nous avons effectué une étude de sensibilité portant sur le modèle de transfert de chaleur et de masse proposé par Thômen et Humphrey en 2006. Dans cette étude de sensibilité, nous avons déterminé l'impact de la variabilité des propriétés matérielles, des modèles de sorption, des conditions aux limites et de la teneur en humidité initiale sur les variables d'état et les résultats numériques du modèle mathématique. Afin de mieux tenir compte des interactions complexes entre les différents processus physiques, nous avons ensuite proposé un modèle mathématique global tridimensionnel couplé modélisant le processus de pressage à chaud en lot (batch pressing). Le modèle global est constitué de deux entités distinctes, soient le modèle mécanique et le modèle couplé de transfert de chaleur et de masse. Dans cette première phase de développement, la compression de l'ébauche est représentée par un modèle élastique vieillissant que nous avons exprimé en formulation quasi-statique incrémentale. Les variables d'état pour ce modèle sont l'incrément de déplacement et l'incrément de contrainte. Tous les calculs se font sur une géométrie mobile dont la déformation (compression) est une conséquence de la fermeture de la presse. Le développement du profil de densité est ainsi calculé dynamiquement à chaque pas de temps. Quant aux phénomènes de transfert de chaleur et de masse, ils sont modélisés par un système couplé constitué de trois équations de conservation, notamment la conservation de la masse de l'air et de la vapeur ainsi que la conservation de l'énergie. Les équations sont exprimées en fonction de trois variables d'état, soient la température et les pressions partielles de l'air et de la vapeur. Le modèle global est discrétisé par la méthode des éléments finis et les systèmes résultant ont été résolus grâce au logiciel MEF++ développé au GIREF (Groupe interdisciplinaire de recherche en éléments finis, Université Laval). Les simulations numériques ont été menées aussi bien en deux qu'en trois dimensions. Les résultats numériques de température et de pression gazeuse ont été comparés aux mesures prises au laboratoire du CRB (Centre de recherche sur le bois, Université Laval) lors d'un procédé de pressage en lot. Une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux a été constatée. Afin d'enrichir le modèle proposé, les futurs développements devraient traiter de la nature viscoélastique et plastique de l'ébauche soumise au pressage à chaud. Il demeure néanmoins clair que la qualité des prédictions produites par des modèles numériques dépendra toujours en grande partie de la disponibilité et de la qualité des valeurs caractérisant les propriétés physiques et matérielles du produit à l'étude. Afin de combler de nombreuses lacunes à ce chapitre, nous ne pouvons qu'encourager les recherches menant à une meilleure connaissance de ces propriétés.

Le forgeage de préformes fabriquées par métallurgie des poudres nous permet d’atteindre une densification voisine de la densité théorique ce qui a comme incidence directe une amélioration substantielle des propriétés mécaniques finales des pièces, notamment la résistance en fatigue. La démarche préconisée pour améliorer cette performance critique de pièces forgées par métallurgie des poudres consiste à optimiser leurs caractéristiques métallurgiques et leur densité concomitante. À ce propos, une nouvelle formulation d’acier MP a été développée et caractérisée. La stratégie de développement portait sur l’utilisation d’éléments de microalliage préalliés, comme le vanadium et le niobium. Pour ce faire, on a optimisé le paramètre de mise en œuvre primordial, qui est la température de forgeage, afin d’obtenir une fine taille de grains à la fin du cycle du traitement réalisé accompagnée d’une densité élevée des pièces forgées. Une série de traitements d’austénisation sur une gamme étendue de température variant entre 900 °C à 1250 °C a été effectuée ce qui nous a permis par la suite de connaître, pour chaque mélange, l’évolution de la taille des grains en fonction de la température d’austénisation. La nouvelle formulation de composition chimique a démontré un impact marqué quant au contrôle de la taille de grains en fonction de la température d’austénitisation. Une étude comparative nous a permis d’identifier la température de forgeage la plus appropriée pour ce type de pièces et de dégager la méthodologie à suivre en fonction des propriétés mécaniques et microstructurales. / Powder forging allows us to achieve a very high densification neighbouring that of full density causing a substantial improvement in final mechanical properties of the parts, particularly the fatigue strength. The approach advocated to improve this critical performance of powder forging parts is to optimize metallurgical characteristics and density simultaneously. In this regard, a novel PM steel powder was developed and characterized. The strategy relied on the utilization of prealloyed microalloying elements such as vanadium and niobium. To do this, we have optimized the primordial parameter of this operation, which is the forging temperature, to obtain a fine grain size at the end of the processing cycle carried out accompanied by a higher density of forged parts. A series of heat treatment over a range of temperature between 900 °C to 1250 °C was performed which allowed us later measure the evolution of grain size between this new alloy and a reference PM steel as a function of the austenitizing temperature. The difference in chemical composition between the two alloys had a fairly significant impact on their final grain size. The comparative study of these two materials allowed us to identify the most appropriate forging temperature for this type of pieces, to determine the most efficient alloy and therefore to identify the methodology to follow according to the mechanical properties and microstructure.

La densification du bois par injection de polymère ou par compression thermomécanique et traitements thermiques présente de plus en plus d'intérêt dans le domaine du bois. Ces traitements améliorent les propriétés du bois pour des applications spécifiques. Parmi ces procédés, la compression thermomécanique du bois a été développée depuis quelques années. Cependant, l'effet " mémoire de forme " du bois après absorption d'eau était un problème car il rendait le produit instable dimensionnellement. Le procédé de densification Thermo-Hygro-Mécanique (THM) du bois, un procédé combinant l'effet de la chaleur, de la vapeur et de la pression, permet d'augmenter la masse volumique du bois et favorise l'obtention d'un matériel stable dimensionnellement en limitant le retour viscoélastique ou springback. Ainsi, les objectifs du projet étaient de développer les paramètres du procédé THM nécessaires pour produire des placages à haute densité de peuplier faux tremble, peuplier hybride et érable à sucre et de caractériser leurs propriétés physiques et mécaniques. La densification de placages de 700x700x4 mm a été réalisée à 140, 160, 180, 200 et 220ʻC dans une presse à injection de vapeur. Nous savons que la masse volumique anhydre est un bon indicateur des propriétés mécaniques. Après traitement THM, la masse volumique anhydre moyenne obtenue pour le peuplier faux- tremble passe de 388 à 812 kg.m-3, pour l'érable à sucre de 675 à 828 kg.m-3 et pour le peuplier hybride, de 348 à 708 kg.m-3. Les résultats montrent une amélioration de la stabilité dimensionnelle en fonction de la température utilisée lors du cycle de densification. Pour les propriétés mécaniques (flexion, traction, dureté Brinell), il y a une amélioration linéaire entre 140ʻC et 180ʻC. Entre 180 et 200ʻC les valeurs sont stables et presque le double de celles du bois non densifié. Elles diminuent ensuite jusqu'à 220ʻC. La colorimétrie révèle de façon objective et quantitative le changement de teinte du bois qui devient plus sombre de façon quasi linéaire plus la température augmente. En termes de rugosité, il y a une diminution des paramètres Ra et Rz avec la densification, qui se rapprochent de la valeur des plaques métalliques de la presse utilisée mais on note une augmentation à 220ʻC.

La présente thèse s’inscrit dans un contexte d’optimisation des procédés de forgeage et de traitements thermiques des alliages de titane pour les pièces de moteurs Snecma.Les sociétés TIMET, élaborateur, et SNECMA, motoriste, ont identifié des enjeux très analogues concernant le forgeage des billettes en alliage de titane destinées à la fabrication de disques moteurs. Il est nécessaire d'acquérir une maîtrise complète de la gamme de transformation, de la coulée au produit final. Ce traitement thermomécanique comporte une alternance d’étapes de forgeage dans les domaines bêta, à haute température, et alpha + bêta, à basse température.L’objectif est de déterminer expérimentalement et de modéliser le comportement mécanique ainsi que les évolutions de microstructure de l’alliage Ti17 au cours d'une déformation dans le domaine alpha + bêta suivie d’un maintien en bêta.En amont, ces travaux mènent à une meilleure compréhension des facteurs qui influencent la taille de grain dans le domaine bêta : la taille de grain bêta initiale, les orientations des aiguilles alpha dans le grain, la déformation et la désorientation subies lors du forgeage en alpha + bêta, etc.En ce qui concerne les applications, ils s’intègrent à un post-processeur métallurgique dédié au forgeage des alliages de titane, qui utilise les histoires thermomécaniques issues d’un calcul par éléments finis. / The thesis is part of a broader optimization program related to the forging and the heat treatments of SNECMA-engine components in titanium alloys.TIMET (producer) and SNECMA (engine manufacturer) companies have identified very similar issues concerning the forging of billets in titanium alloy for manufacturing engine discs. They need thus to gain complete control over the transformation range, from the casting to the final product. This thermomechanical treatment involves alternating forging steps in the beta domain, at high temperature, and in the alpha + beta field, at lower temperatures.The aim is to simulate the forging step in the two-phase, alpha + beta, range followed by recrystallization in the beta field during which microstructure evolves. This simulation involves the following phenomena: grain deformation, recrystallization and grain growth of the beta matrix and disorientation/fragmentation of the alpha-Widmanstätten platelets. More specifically, the effects of deformation in the alpha + beta field on the subsequent beta-grain growth during the heat treatment at higher temperatures have been analyzed in the case of Ti17 titanium alloy.Upstream, the work leads to a better understanding of the factors that influence grain size in the beta domain: the initial beta-grain size, the orientation of alpha needles in the grains, the distortion and disorientation experienced during the alpha + beta forging, etc. With regard to the applications, the above results will be implemented into a metallurgical post-processor dedicated to the forging process of titanium alloys, using the thermomechanical history resulting from a finite-element calculation.

Dans ce projet, on évalue l'effet du type de traitement et de la taille de la fibre de chanvre pour des applications dans des composites thermoplastiques. La matrice sélectionnée est le polyethylene de haute densité (PEHD). Au total, quatre polyéthylènes/agents couplant ont été sélectionnés pour modifier l'interface fibre-matrice dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques du composite. Les objectifs secondaires de cette étude sont: de prétraiter la fibre de chanvre de façon thermomécanique avant son incorporation dans la matrice, de déterminer les paramètres optimaux de mise en oeuvre afin de préparer le matériau composite par extrusion, ainsi que caractériser de façon mécanique les matériaux composites en tension, flexion et impact. Les résultats obtenus indiquent que la farine de chanvre se comporte plutôt bien par rapport aux fibres. De plus, la pression de vapeur lors du traitement thermomécanique ne fait aucune différence sur les propriétés du matériau composite. Aussi, l'ajout d'agent couplant fait une différence dans les propriétés mécaniques des matériaux composites alors que le meilleur agent couplant a été le Dupont WPC-576D. Finalement, le moment d'ajouter l'agent couplant (au prétraitement ou dans l'extrudeuse) ne fait aucune différence sur les propriétés des matériaux composites.