Le bois abouté est souvent utilisé dans la fabrication de produits de bois d’ingénierie structuraux tels que le lamellé-collé et la poutrelle en I. Au Québec, les fabricants de produits de bois d’ingénierie utilisent principalement du bois du groupe Épinette-pin-sapin (EPS) qui comporte des essences de résineux acceptées dans les normes canadiennes. Étant un bois de feuillus, l’érable à sucre n’est pas une essence prescrite dans les normes de fabrication par contre, en théorie, ce bois peut offrir une alternative intéressante aux bois résineux compte tenu de sa résistance mécanique supérieure. Une revue de la littérature démontre qu’il existe plusieurs recherches sur l’aboutage par entures multiples, mais que celles portant sur l’aboutage de bois de feuillus sont plutôt rares. Plusieurs paramètres d’usinage doivent être contrôlés afin de fournir de belles surfaces de collage et d’optimiser le procédé d’aboutage. Ce projet vise à définir un intervalle de paramètres d’usinage pour l’aboutage structural par entures multiples de l’érable à sucre afin de développer les meilleures résistances mécaniques que ce bois peut potentiellement offrir. Plus spécifiquement, ce projet étudie la résistance en traction parallèle au fil en variant la vitesse de coupe ainsi que l’avance par couteau (chip-load). Des deux paramètres étudiés, la vitesse de coupe semble être le paramètre ayant le plus d’effet sur la résistance en traction parallèle au fil de l’érable à sucre. Les meilleures résistances furent atteintes avec une vitesse de coupe de 2726 m/min et une avance par couteau de 0,60 mm. La vitesse de coupe de 2726 m/min semble être la meilleure afin d’atteindre les meilleures résistances en traction parallèle au fil, et ce, peu importe l’avance par couteau. Finalement, les résultats obtenus nous permet de croire que l’érable à sucre abouté possède un bon potentiel pour des applications structurales dont la fabrication de produits de bois d’ingénierie structuraux. / Finger-jointed softwood lumber is often used in manufacturing of structural engineered wood products such as glued laminated (glulam) beams and prefabricated wood I-joists. In Québec, producers of engineered wood products utilize generally wood species of Spruce-pine-fir (SPF) group, which includes softwood species recognized in Canadian standards. As hardwood species, sugar maple is not listed in the product standards, although, presumably, it can offer an interesting alternative to softwoods from the view point of strength. Literature review shows that there are many studies on finger-jointing but there are few on finger jointing of hardwoods. Certain machining parameters have to be controlled in order to produce suitable gluing surfaces and to optimize the finger-jointing process. The main objective of this study was to evaluate the effect of machining parameters on the ultimate tensile strength parallel to grain (UTS) of finger-jointed sugar maple dimension lumber. Three different chip-loads and three cutting speeds were used as variables. Based on test results, the cutting speed appeared to influence the UTS the most. The best UTS (47.1 MPa) of finger-jointed sugar maple specimens were achieved with a chip-load of 0.60 mm and a cutting speed of 2726 m/min (rotation speed of 3250 RPM and feed speed of 11.7 m/min). Finally, results of the study show that finger-jointed sugar maple possesses a good potential for structural applications including fabrication of structural engineered wood products.

Le bois a été l’un des premiers matériaux utilisés par l’homme et possède encore aujourd’hui beaucoup de potentiel dans la construction. En effet, de nombreux matériaux d’ingénierie ont été développés à partir du bois, comme les panneaux de bois lamellé-croisé (CLT). Ces matériaux permettent d’être compétitifs avec le béton ou l’acier en termes de performance, de coût et d’empreinte environnementale. L’extraction des ressources, la fabrication de matériaux de construction et la construction elle-même (transport et machinerie) sont énergivores et à l’origine d’importants dégagements de gaz à effet de serre. Le bois est une ressource renouvelable qui a l’avantage de fixer du carbone lors de sa croissance et de le conserver une fois en service. Durant sa vie utile, un bâtiment va aussi consommer de l’énergie pour le chauffage / la climatisation et l’éclairage. C’est pourquoi la recherche de l’efficacité énergétique est nécessaire. Le CLT est un matériau d’ingénierie qui a le potentiel de démocratiser les bâtiments de moyenne hauteur en bois. En cela le CLT est avantageux pour la performance énergétique, puisque les panneaux font un effet barrière à l’air, à la vapeur et à la chaleur. Dans le système constructif en CLT, les jonctions avec les autres panneaux et les percements sont les principaux chemins de fuites pour l’air. Les infiltrations/exfiltrations vont être responsables d’importantes pertes thermiques. De plus, les exfiltrations peuvent induire une humidité excessive en présence de chaleur dans le mur, provoquant la croissance de moisissure et de pourriture du bois. La résistance des matériaux et la santé des occupants peuvent être compromises à moyen et long terme. Le but de ce projet est d’évaluer l’impact des tolérances d’assemblages, en présence d’une fuite d’air, sur la performance énergétique et la durabilité du mur afin de vérifier si les tolérances d’assemblages représentent un risque à prendre en considération ou non. Des thermographies d’une jonction en angle de murs en CLT prises lors d’une dépressurisation du bâtiment ont permis d’identifier une fissure. Un travail de modélisation de la fissure en fonction des températures observables a ensuite permis de dimensionner la fissure (0,72 mm traversant l’isolation) en considérant une tolérance d’assemblage pour le CLT de 2 mm. Cette fissure « modèle » a ensuite été transposée dans le cas d’un mur plat, afin que ne soit pas considéré le pont thermique lié à l’angle. Une analyse de l’impact sur la performance énergétique de tolérances d’assemblages variables a été réalisée par simulation informatique, pour une infiltration et une exfiltration. La simulation a également permis d’analyser l’impact sur la durabilité, en termes de développements fongiques et de risque de condensation, d’une exfiltration sur notre fissure « modèle ». La simulation a montré que l’impact d’une infiltration sur la performance énergétique est 1,62 fois plus grand que pour une exfiltration, qui est elle-même 1,37 fois plus énergivore qu’un mur sans fissure. L’influence de la largeur de la tolérance d’assemblage est minorée par la dimension de la fissure dans le reste du mur. La simulation des échanges hygriques dans la fissure a montré que la croissance de moisissure est à craindre en surface, lorsque l’humidité relative de l’air est de 40 % et plus. La zone touchée est principalement l’isolation, mais s’étend jusqu’au CLT à mesure que l’humidité relative de l’air exfiltré augmente. L’humidité de l’air condense à proximité de la sortie de l’exfiltration, ce qui peut mener à une accumulation de givre sous le revêtement extérieur. Le résultat de ces simulations permet de mettre l’accent sur l’importance de la continuité du pare-air et de la mise en place de mesures pour éviter qu’une tolérance d’assemblage soit un chemin libre pour l’air. L’utilisation de joints adhésifs souples pouvant épouser la découpe irrégulière du CLT et amortir les variations dimensionnelles permettrait de réduire les risques liés aux fuites d’air. / Wood is one of the first material mankind used to work with and is still full of potential for building sector. Many engineering materials have been developed from wood, such as the cross-laminated timber (CLT). Wooden engineering materials are as performant as steel and concrete but are also cost effective and have a lower environmental footprint. Resources extraction for the manufacture of building materials and the building phase itself require a lot of energy, and generate or release important amount of greenhouse gaz. Wood is a sustainable resource that has the benefit of being able to capture carbon during its growing phase and to preserve it. In service, buildings will have heating and cooling loads, depending of their energy efficiency, high energy efficiency is required to lower the overall energy footprint of buildings. CLT has the potential to be a greener substitute to reinforced concrete in the mid-rise building. CLT helps to reach energy efficiency because wood panels act as a barrier for air, vapor and heat. In CLT building system, junctions between panels and with other elements (ducts, wiring, etc) are the main leakage paths through the envelope. Infiltrations and exfiltrations are responsible for important heat losses. Exfiltrations can also lead to excessive moisture accumulation in the walls, resulting in mold and rot growth. Structural integrity and air quality can be jeopardized on the average/long term. The aim of this project was to assess the impact of gaps between CLT panels, in case of air leakages, on the energy efficiency and durability of the wall. A real case of infiltration in a corner of a CLT building was used to size an air leakage area in the insulation (0.72 mm through the insulation considering a 1 m high wall), intended an assembly tolerance or gap of 2 mm. The gap was then extrapolated to a flat wall, to exclude the thermal bridge effect of the corner. An energy efficiency assessment was done using simulations for both cases of infiltration and exfiltration, with variable assembly gap. Simulation also permits to assess the impact on durability, on mold growth risks, of the exfiltration for variable exfiltrated air relative humidity. Results show that infiltration has a greater impact (1.62 times) than exfiltration, which is itself 1.37 times more energy-consuming than a perfect wall. The impact of the assembly gap variations in the CLT is restricted by a maximum flow rate dicted by the air leakage path in the insulation. Simulation of moisture transfer shows that mold growth is to fear on the gap surface through the wall, when the exfiltrated air relative humidity exceeds 40 %. The first mold development should primarily affects the insulation, but extends to the CLT as the relative humidity of the exfiltrated air increases. Condensation occurs in the insulation near the outlet of the exfiltration, leading to an accumulation of ice behind the external cladding. Results of simulations show how important it is to keep the air barrier continuous, and to avoid that assembly gaps in the CLT act as shortcut for eventual air leaks. The use of flexible adhesive joints, which can match the irregular cut of the CLT and dampen the dimensional variations would reduce the risks of air leakage.

Ce projet porte sur la problématique de l’influence de l’humidité sur la performance des attaches boulonnées des charpentes en bois. Afin d’améliorer la justesse des règles de calcul des charpentes en bois présentées dans la norme canadienne CSA-O86, nous vérifions, dans cette étude, la pertinence du coefficient de service (KSF) appliqué aux attaches dans des teneurs en humidité (TH) variables. Pour ce faire, nous utilisons cinq types d’attaches assemblées de bois sec (TH ≈ 12%) et humide (TH ≥ 19%) et testées en trois conditions d’humidité (TH ≈ 8%; TH ≈ 12%; TH ≥ 19%). Toutes les attaches sont constituées d’une membrure de pin gris (Pinus banksiana) de 89 mm d’épaisseur et de plaques de jonctions en acier de 6,4 mm d’épaisseur, le tout assemblé de boulons de 12,7 mm de diamètre de grade 2 et, dans certains cas, de grade 5. Les attaches sont à un, deux et six boulons; pour ce dernier, on fait varier l’espacement entre les rangées et entre les boulons. Chaque série inclut six éprouvettes, avec un joint à chacune des deux extrémités, pour un total de 198 tests de traction parallèle au fil du bois en double cisaillement. Les paramètres suivants sont déterminés pour chaque test : la limite de proportionnalité, le seuil de plasticité, la charge maximale, la rigidité, la ductilité et le mode de rupture. Les résultats de cette étude révèlent que c’est l’humidité du bois lors du test et non pas lors du montage qui est plus importante pour la performance des attaches. La rigidité augmente en proportion de la diminution de l’humidité en dessous du point de saturation des fibres, qui est accompagnée par une transition du mode de rupture de ductile à fragile. Les attaches assemblées et testées humides (TH > 19%) sont les plus faibles, mais les plus ductiles. Le séchage du bois a un plus grand effet sur les attaches avec un espacement plus petit entre connecteurs : en plus de la rupture fragile, leur résistance est réduite 15% en condition très sèche (TH ≈ 8%). La diminution de la résistance d’attaches en conditions très sèches est observée; néanmoins, pour les modes de rupture fragiles, le coefficient de service (KSF) est jugé trop conservateur. Des propositions sont faites et justifiées pour le remplacement du KSF par le coefficient de service en cisaillement et en traction longitudinale (KSv et KSt) dans les cas de rupture fragile, comme il est couramment recommandé dans la norme américaine National Design Specification. / This research is focused on the effect of moisture on the performance of bolted connections in timber structures. To improve the accuracy of the engineering design of timber structures based on the Canadian standard CSA-O86, we studied the relevance of the service factor (KSF) as applied to the lateral resistance of fastenings in different moisture conditions (MC). To reach this goal, we used five connection configurations assembled with seasoned (MC ≈ 12%) and unseasoned (MC ≥ 19%) timber and tested at various moisture conditions: wet (MC ≥ 19%), dry (MC ≈ 12%) and very dry (MC ≈ 8%). All connections were 89-mm thick jack pine (Pinus banksiana) sawn lumber and 6.4-mm thick steel side plates assembled with 12.7-mm diameter bolts of grade 2 and, in some cases, of grade 5. The joints included one, two or six bolts; in the latter, the fasteners were installed in two rows with various spacing between the rows and between the bolts in a row. Each series consisted of six specimens, with a joint at both ends, with a total of 198 tests in tension parallel to grain of wood in double shear. The following parameters were determined from each test: proportional limit, yield point, maximum load, stiffness, ductility and failure mode. Results of the study revealed that it was moisture content at test and not at the time of assembly that influenced the performance of the tested connections the most. The stiffness increased in direct proportion with the decrease of moisture content below the fibre saturation point, which was accompanied with a transition from ductile to brittle failure. Connections assembled and tested unseasoned (MC > 19%) were the weakest but the most ductile. Seasoning had the highest effect on the connections with the minimum spacing of fasteners within and between the rows: not only were they the most brittle, their load capacity was reduced 15% in very dry conditions (MC ≈ 8%). The reduction of load capacity of connections in very dry conditions was observed; yet for brittle failure modes, the service factor KSF was found to be overly conservative. Proposals are put forward and justified to replace the KSF by service condition factors in longitudinal shear and tension (KSv and KSt) in case of brittle failure modes, which is the current recommended practice in the US National Design Specification.

Les bâtiments et les matériaux de construction doivent avoir un degré de résistance au feu suffisant pour prévenir l'effondrement prématuré de la structure et fournir des moyens sécuritaires d'évacuation des occupants tels qu'exigés dans le Code National du bâtiment au Canada. Jusqu'à maintenant, l'Annexe B de la norme CSA O86 « Règles de calcul des charpentes en bois » fournit une méthode de calculs afin de déterminer la résistance au feu des éléments structuraux en bois massif. Toutefois, cette méthode ne considère pas l'effet du temps, le mode de rupture et l'interaction entre les différents matériaux en situation incendie. Ce projet de recherche étudie la performance au feu des assemblages utilisant des vis auto-taraudeuses pour les constructions massives en bois au Canada. Dans un premier temps, des essais expérimentaux combinés à des résultats d'articles scientifiques fourniront une représentation du comportement mécanique d'assemblages vissés utilisés dans la construction massive en bois. Dans un second lieu, ces données expérimentales viendront valider un modèle thermique par la méthode des éléments finis prédisant le transfert thermique en situation incendie. Puis, les résultats expérimentaux pourront être comparés avec les valeurs caractéristiques prédites par calculs selon la méthode de conception de la norme la norme CSA O86 « Règles de calcul des charpentes en bois » utilisée au Canada. Les résultats présentent la grande performance de feu de l'utilisation de vis auto-taraudeuses utilisées dans les assemblages en bois lamellé-collé sous longue durée d'exposition. Étant généralement de plus petit diamètre et plus élancées que les boulons et les goujons, les vis auto-taraudeuses limitent la conduction thermique le long de la section transversale et maintiennent la température le long de l'attache relativement faible. Principalement influencée par la réduction de la résistance du bois à des températures élevées, l'étude présente de nouveaux principes de conception pour prédire les profils de température le long de l'attache non protégée avec l'influence de la zone chauffée thermiquement du bois afin de déterminer la longueur de pénétration résiduelle qui fournira la résistance résultante. Lors du maintien d'une capacité structurale adéquate des fibres du bois, la capacité des vis auto-taraudeuses a été peu influencée par une augmentation de la durée d'exposition. La méthode de conception présentée ici permet de calculer la résistance résiduelle des vis auto-taraudeuses non protégées exposées au feu jusqu'à deux heures. / Buildings and building materials are required to provide sufficient fire-resistance to prevent collapse and safe means of evacuation to the occupants based on requirements set forth in the National Building Code of Canada. Annex B of the Canadian standard for wood engineering design provides a design methodology to calculate structural fire-resistance of large cross-section timber elements. However, it does not address failure modes, interactions between materials and reduced capacities under fire. This project addresses the connection design using self-tapping screw in mass timber construction in Canada. First, a test program combined with several researcher results were carried out to provide a good representation of the mechanical behavior of screw connections commonly used in mass timber construction. Secondly, the test results are used to validate a three-dimensional transient heat transfer model using the finite element method and to predict the heat transfer when exposed under fire conditions. Then, the test results were compared with the predicted characteristic and average withdrawal resistance values according to the design methodology in the Canadian standard for wood engineering design used in Canada. The results present the great fire performance of using self-tapping screws under long time exposure on connections in mass timber construction. The smaller heated behavior has limited thermal conduction along the cross-section area and maintained the temperature profiles relatively low along the self-tapping screw shanks for long fire exposures. Based on the heat affected area, the study presents new design principles to determine the residual length of penetration that would provide adequate load-capacity of the fastener under fire conditions. When maintaining adequate structural capacity of the surrounding wood fibers, the capacity of the self-tapping screw was not influenced with an increase of exposure duration. The design method presented herein allows calculating the residual capacity of unprotected STS exposed to fire up to 2-hours.

L'objectif de l'étude est de développer l'information requise pour la conception structurale des joints utilisés dans les armatures des meubles rembourrés construites avec des panneaux OSB. On présente trois niveaux d'essais: 1) le matériau, avec interaction matériau / attaches (vis et agrafe), 2) le joint (plaques gousset et métallique), et 3) modélisation d'une structure de sofa en OSB. En premier, les essais des propriétés des matières premières OSB, MDF et PB, notamment l'effet de la densité localisée sur la performance en résistance de l'attache dans les panneaux à base de bois, sous les chargements statique et cyclique ont été examinés. Les résultats montrent que l'OSB a obtenu la variation de densité la plus élevée dans le plan et en épaisseur, avec une résistance plus critique avec les vis qu’avec les agrafes. La densité des panneaux MDF a moins varié, conférant une résistance plus homogène. En second, on a déterminé la résistance en flexion dans le plan et dehors du plan des joints de gousset et de plaque métallique avec différentes configurations sous les charges statique et de fatigue. Les résultats indiquent que l'adhésif est le facteur le plus important affectant l'efficacité des joints. Une augmentation de longueur des goussets de 102 à 203 mm (4 à 8 po) a accru la charge maximale pour le joint collé et pour le joint sans colle. L'utilisation de deux paires de plaques était le facteur prédominant dans l'efficacité des joints avec métal. Un rapport de résistance statique-à-fatigue peut être adopté comme rapport de dépassement pour la conception des armatures de meubles rembourrés avec les joints réalisés avec des goussets (2,1) et plaques métalliques (2,5). En général, la résistance en flexion dans le plan était beaucoup plus grande que la résistance en flexion en dehors du plan pour les joints réalisés avec des plaques métalliques et avec goussets. Finalement, trois configurations d'armature de sofa trois-places fait en OSB avec deux types de joints et trois niveaux de charges ont été modélisés en utilisant le logiciel SAP2000. Le modèle optimal s’avère utilisable en chargement léger, moindrement pour un chargement moyen et inutilisable pour un chargement élevé. / The objective of the study was to develop the information needed for the engineered design of joints used in upholstered frames constructed of OSB. Presented are three levels of tests: 1) material level, including interaction of material/fasteners (screw and staple), 2) joints level (gusset-plate and metal-plate), and 3) modeling of a sofa frame made of OSB. First, tests of basic material properties of OSB, MDF and PB, and localized density effecting on fastener holding capacities in wood-based panels under static and cyclic loading were examined. Results showed that in both static and cyclic loads, OSB had the highest density variation in plane and through thickness, which was more critical to the screw than to the staple holding capacities. The density of MDF panels varied the least, leading to a more uniform fastener holding capacity. Second, in-plane and out-of-plane moment capacities of OSB gusset-plate and metal-plate joints with different configurations were determined under static and fatigue loads. Results indicated that application of glue was the most important factor affecting the performance of the joints. An increase in length of gusset-plate from 102 to 203-mm (4 to 8-in) increased the peak load for both glued and unglued joints. For metal-plates, the use of two pairs of plates was the most important factor that affected the performance of the joints. For fatigue tests, the average values of 2.1 and 2.5 can be used as the passing static-to-fatigue ratio for design of upholstered furniture frames with OSB gusset-plate and metal-plate joints, respectively. In general, in-plane moment capacities were found to be 4 to 6 times higher than out-of-plane moment capacities for both metal-plate and gusset-plate joints. Finally, three configurations of three-seat sofa frame made of OSB with two types of joints under three levels of service acceptance loads were modeled using the finite element program SAP2000. The results demonstrated that the sofa frame model can pass light-service acceptance level load; there is the limit to pass medium-service acceptance level load; and it could not serve the heavy-service acceptance level load.

Les dispositifs de retenue sur les ouvrages d’art sont indispensables, puisqu’ils permettent d’atténuer les conséquences d’une perte de contrôle d’un véhicule en empêchant sa sortie de la voix carrossable. Pour obtenir l’accréditation finale d’un dispositif de retenue, celui-ci doit être soumis à un essai de collision à grandeur réelle afin de garantir que l’interaction avec les véhicules est sécuritaire pour un niveau de performance spécifié. Certaines modifications apportées sur un dispositif ayant fait l’objet d’un essai de collision peuvent être autorisées si des analyses par éléments finis peuvent démontrer que la performance n’est pas affectée par ces modifications. Le projet se concentre sur la possibilité d’installer un dispositif de retenue, déjà testé et approuvé, sur un platelage en aluminium constitué d’extrusions multicellulaires soudées entre elles. L’objectif est de développer une connexion innovatrice permettant de fixer un dispositif de retenue sur un platelage en aluminium, de sorte que ce dernier ne subisse aucune déformation permanente advenant un impact d’un véhicule sur le dispositif de retenue. La solution proposée est l’introduction d’une extrusion d’aluminium sacrificielle, reliée mécaniquement entre le dispositif et le platelage, conçue de façon à se plastifier sous les forces d’impact d’un véhicule. Cela permettrait de dissiper l'énergie de l'impact tout en s’assurant que les autres composants de l'assemblage demeurent dans le domaine élastique. L'étude comporte deux étapes. La première consiste à concevoir et à analyser l’assemblage à l’aide des charges statiques équivalentes, prescrites par le code canadien sur la conception des ponts routiers CAN/CSA S6-14. La deuxième partie consiste à réaliser une simulation numérique dynamique, reproduisant les conditions de l’essai de collision à grandeur réelle et à appliquer des procédures de vérification et de validation sur l’interaction entre le dispositif de retenue et le véhicule, en comparant les données de façon qualitative et quantitative avec celles de l’essai réel. / Traffic crash barriers are used in bridge construction to withstand vehicular impact and protect the lives of occupants and other road users by safely redirecting the vehicles onto the roadway. Current design standards require that the designed traffic barrier system be crash-tested under full-scale reallife conditions to assure satisfactory interaction with vehicles at a specified performance level. Certain modifications to an already crash-tested barrier may be permitted if it can be demonstrated by finite element analysis that they would not adversely affect the designed performance of the barrier. The present study investigates the possibility of installing an already crash-tested and approved traffic barrier on a bridge deck made from welded multi-cellular aluminium extrusions. The research objective is to develop an innovative connection design for attaching a selected traffic barrier to the aluminium deck in such a way that under vehicular-induced impact forces, the aluminium deck panel would not undergo permanent plastic deformation. The proposed solution consists of a sacrificial aluminium extrusion, mechanically connected between the barrier and the bridge deck, and carefully designed and detailed to yield under vehicular impact forces. This would help dissipate the energy from the impact, while allowing other components in the assembly to remain essentially elastic. The study involves two stages: the first stage consists of the design and analysis of the connector system based on the equivalent static forces prescribed by the Canadian Highway Bridge Design Standard CAN/CSA S6-14. The second phase consists of a dynamic computer simulation of the real crash-test, and a series of verification and validation processes of the interaction between the traffic barrier and the vehicle, by comparing both qualitatively and quantitatively with observations from the real crash

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Les éléments des ponts en acier sont exposés à de sévères conditions environnementales, tel l’épandage de sels déglaçant sur les routes. Ces éléments ont besoin d’un niveau suffisant de protection contre la corrosion afin de préserver leur intégrité à long terme. Une solution efficace, devenue populaire au Canada, est la métallisation. La métallisation est un revêtement anticorrosion formé par projection thermique de métal, généralement du zinc, sur la surface à protéger. La protection fournie au substrat d’acier est assurée par une barrière physique et une protection galvanique. Pour le calcul des assemblages boulonnés antiglissement, les codes de conception, tel le code Canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-14, spécifient, en fonction des conditions des surfaces de contact désirées, un coefficient de glissement à utiliser. Actuellement, ces codes ne fournissent aucun coefficient de glissement entre deux surfaces métallisées. Donc, il est pratique courante pour les fabricants de ponts en acier de masquer les surfaces de contact des joints boulonnés avant de métalliser, ce qui est très couteux pour l’industrie puisque ce travail doit se faire manuellement. Récemment, des études ont évalué la résistance au glissement à court terme d’assemblages antiglissement ayant des surfaces de contact métallisées. Les résultats ont révélé une résistance au glissement supérieure aux assemblages sur acier nu grenaillés. Dans la présente recherche, la performance en fluage des assemblages antiglissement métallisés a été caractérisée pour s’assurer qu’une résistance en glissement de Classe B soit toujours valide à long terme. L’effet de la relaxation de la force de serrage sur la charge de glissement a aussi été évalué. Les résultats ont démontré une bonne performance en fluage. Aussi, les résultats ont révélé que la relaxation de la force de serrage n’a pas d’impact significatif sur la résistance au glissement des assemblages antiglissement métallisés. Les conclusions de cette étude pourraient bien influencer de futures révisions des codes de conception et avoir un impact sur l’industrie de l’acier en Amérique du Nord.Mots clés : Assemblage boulonné antiglissement, métallisation, pont routier en acier, fluage, relaxation / Steel bridge elements are exposed to harsh environmental conditions, such as de-icing salts on roadways. These elements need a satisfactory level of protection against corrosion to preserve their long-term structural integrity. A very efficient solution that is now popular in Canada is metallization. Metallization is an anticorrosion coating formed by thermal spray of metals, usually zinc, onto the surface to protect. The protection of the steel substrate is ensured by both a physical barrier and a galvanic protection. Designs standards, such as the Canadian Highway Bridge Design Code CAN/CSA S6-14, specify desired conditions for various faying surfaces and associated slip coefficients to be used in slip-critical connections. Currently, these standards do not address faying surface conditions that are metallized. Thus, bridge fabricators are compelled to mask off joint faying surfaces before metallizing, which is very expensive for the industry. Earlier studies investigated the short-duration slip resistance of high strength bolted connections with metallized faying surfaces. Results revealed greater slip resistance than the typical uncoated blast-cleaned Class B faying surface. In this research, creep resistance of slip-critical bolted joints with zinc-metallized faying surfaces is characterized, to ensure that the Class B slip resistance is still valid at long-term. The effect of the relaxation of the clamping force on the slip resistance is also evaluated. Results of this study have shown a satisfactory creep performance. Also, results revealed that the relaxation of the clamping force does not impact significantly the slip resistance of the metallized assemblies. This will likely to influence future code revisions and impact steel bridge fabrication in North America. Keywords: Slip-critical bolted connection, metallization, steel bridge construction, creep, relaxation

Afin de développer un protocole d’essai standardisé et des outils analytiques facilitant la conception de réparations collées en biseau pour des structures composites aéronautiques primaires, le présent mémoire se concentre sur la caractérisation et la modélisation des performances de joints collés en composite de type lisse-escalier soumis à un effort de traction uni-axiale. Dans un premier temps, deux matériaux composites tissés, une toile (PW) et un satin (8-HS) pré-imprégnés de type plastique à renfort de fibre de carbone ont été testés en traction uni-axiale à température ambiante sec (TAS) et à température élevée sec (TES). Les données issues de cette caractérisation ont permis la modélisation numérique des réparations. Dans un deuxième temps, des réparations de type lisse-escalier ont été fabriquées sur des stratifiés en utilisant les matériaux composites PW et 8-HS en suivant la même séquence de plis quasi-isotrope ([+45°/0°/-45°/90°]2s) pour le parent et pour la réparation. Le film adhésif utilisé est le Cytec FM300-2M. L’effet des conditions environnementales et de l’angle de biseau (3°, 5.5° et 7.5°) sur les performances des réparations a été étudié. Les résultats des essais de traction ont révélé que l’angle de biseau a un impact significatif sur le mode de rupture de la structure réparée. Alors que la rupture s’est produite dans le composite pour les réparations avec un angle de biseau de 3°, une rupture en cisaillement de type cohésive a été observée pour les réparations pour les biseaux à 5.5° et 7.5°. Ce changement de mode de rupture a été retrouvé pour les deux conditions environnementales (TAS et TES). Comparativement au stratifié intact, une baisse non-significative de la rigidité a été notée pour tous les angles de biseau. Toutefois, l’augmentation de l’angle de biseau a conduit à une baisse significative de la restitution de la contrainte à la rupture comparativement à celle du stratifié d’origine, indiquant l’importance de l’angle de biseau sur l’intégrité de la structure des réparations adhésives de type lisse-escalier. Les essais de tractions à TES suggèrent qu’il n’y a qu’une très faible diminution de la rigidité et de la contrainte à la rupture pour les réparations à TES comparativement à TAS. Finalement, des analyses par éléments finis 2D dans l’épaisseur ont été conduites en utilisant ABAQUS Standard et Explicit. Une analyse élastique a tout d’abord été menée afin de prédire les distributions des contraintes de pelage et de cisaillement normalisées au milieu de l’adhésif, le long de la ligne adhésive, pour trois différentes configurations géométriques de jointure (lisse-lisse, lisse-escalier, escalier-escalier). Contrairement aux distributions de contraintes uniformes observées le long de la ligne adhésive de la configuration lisse-lisse, de forts et fréquents pics de contraintes de pelage et de cisaillement ont été observés pour les deux autres configurations. Ces observations ont mené à conclure que la modélisation d’un joint de réparation collé en biseau doit être conduite avec précaution. Émettre l’hypothèse que la surface adhésive du stratifié patch est lisse (i.e.: configuration lisse-lisse) alors qu’elle est en fait de type lisse-escalier implique de ne pas prendre en compte les pics de contraintes causés par les irrégularités géométriques de la surface adhésive du stratifié. Cela peut mener à la surestimation de la contrainte à la rupture de la réparation. Pour finir, une analyse élastique-plastique a été conduite en utilisant les modèles de plasticité et d’endommagement par cisaillement déjà implémentés dans ABAQUS. Ces modèles de plasticité et d’endommagement ont été utilisés pour le film adhésif seulement. Le matériau composite a été supposé linéaire élastique jusqu’à la rupture. Le critère des déformations maximales a été utilisé pour prédire la rupture du premier pli dans le composite. Les prédictions obtenues avec le modèle et les résultats expérimentaux ont montré de très bonnes corrélations. / This master’s degree thesis focuses on testing and modeling the bonded scarf-stepped composite joint performance under uniaxial tensile loading as part of the effort to develop testing protocols and analytical tools for the design of scarf bonded repair for primary aeronautical composite structures. First, plain weave (PW) and 8-harness satin (8-HS) carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) pre-preg composite materials were tested under uniaxial tensile loading at room temperature dry (RTD) and elevated temperature dry (ETD) conditions. The gathered characterization data was later used for the numerical modeling of the repairs. Furthermore, smoothed parent laminate bonding surface and stepped patch laminate bonding surface (scarf-stepped repairs were performed using both PW and 8-HS composite materials with matching quasi-isotropic ([+45°/0°/-45°/90°]2s) ply stacking sequence between the parent and the patch. The adhesive film that was used is the Cytec FM300-2M. The effects of environmental conditions and the influence of the scarf angle (i.e. 3˚, 5.5° and 7.5˚) on the performance of the bonded repairs were investigated. The tensile test results revealed that the scarf angle has a significant impact on the failure mode of the repaired composite part. While substrate failure occurred with a 3˚ scarf angle, cohesive shear failure was observed for the 5.5° and 7.5˚ angles. This change in failure mode is consistent both at RTD and ETD. When compared with the pristine laminate, an insignificant drop in stiffness was found regardless of the scarf angle. Although, increasing the scarf angle led to a significant drop in strength restitution in comparison with the pristine laminate. This indicates the importance of the scarf angle on the structural integrity of a scarf-step bonded repair. The tensile test results in ETD conditions suggest a slight decrease in stiffness and strength for both materials at ETD. Eventually, 2D through-thickness finiteelement analyses were also conducted using both ABAQUS Standard and Explicit. An elastic analysis was first performed to predict the distribution of normalized shear and peel stresses in the middle of the adhesive along the bondline for three different joint geometries (scarf-scarf, scarf-step and step-step). As opposed to the uniform stress distributions found along the bondline of the scarf-scarf configuration, high and frequent peaks of peal and shear stresses were found for both scarf-step and step-step configurations. These observations led to the conclusion that one must be particularly cautious when modeling a scarf joint bonded repair. Assuming that the patch laminate bonding surface is smoothed (i.e., scarf-scarf configuration) while it is actually stepped (i.e., scarf-step configuration) can lead to overestimating the overall repair strength since the high stress peaks caused by the geometric irregularities of the stepped patch laminate bonding surface would then be ignored. Furthermore, an elastic-plastic analysis was conducted using the already implemented plasticity and shear damage models in ABAQUS. These plasticity and damage models were used for the adhesive film only. The composite material was supposed to behave linear-elastically up to failure. The maximum strain criterion was used to predict the first ply failure in the composite. The predictions obtained with the model correlated very well with the experimental results.

La Nouvelle-Calédonie qui présente une biodiversité à la fois exceptionnelle et très menacée, fait partie des points chauds de biodiversités définis à l'échelle globale comme zones prioritaires pour la conservation. Les incendies, d'origines anthropiques et constituant l'une des principales menaces pesant sur les écosystèmes naturels néo-calédoniens, conduisent à un recul des forêts denses humides (forêts par la suite) principalement au profit des savanes sur substrats volcano-sedimentaires. Au cours de cette thèse, les processus écologiques mis en jeu dans les dynamiques des forêts et des savanes, liés aux variations du régime d'incendie, ont été étudiés à différentes échelles spatiales et temporelles. L'analyse de la distribution spatio-temporelle des forêts et des savanes à l'échelle du paysage a mis en évidence différents facteurs dirigeant la dynamique paysagères et identifié des zones de recolonisation forestière. Différents modèles de succession secondaire et cortèges d'espèces pionnières ont été identifiés à partir de l'analyse de ces zones de recolonisation. La mesure de traits fonctionnels et l'utilisation de modèles semi-physiques de dommages causés par les incendies ont révélé une faible tolérance aux incendies de ces espèces. Enfin, une analyse multivariée de la structure, de la composition floristique et des conditions micro-climatiques des zones clés de transitions entre la savane et la forêt a permis de mieux comprendre les processus d'expansion et de contraction forestière. / New Caledonia, which presents both an exceptional and highly endangered biodiversity, is one of the worldwide biodiversity hotspots for conservation priority. Human-induced fires, which are one of the main threats to natural ecosystems in New Caledonia, lead to the expansion of savannas on volcano-sedimentary substrates at the expense of rainforests. In this thesis, the ecological processes, which are involved in the dynamics of rainforests and savannas and related to changes in fire regime, have been studied at different spatial and temporal scales. The analysis of the spatio-temporal distribution of rainforests and savannas across the landscape allowed us to both point-out the different drivers of their dynamics and to identify areas of rainforest recolonization. Different secondary succession patterns and pioneer species assemblages were identified from the analysis of these areas of recolonization. The analysis of measured functional traits and the use of semi-physical models of fire-caused damages highlighted the low tolerance of these pioneer species to fire. Finally, a multivariate analysis of the structure, the floristic composition and the micro-climatic conditions of transitional zones between savanna and rainforest, has allowed us to better understand the processes of rainforest's expansion and contraction. This thesis opens a new field of research in New Caledonia with important implications in rainforest's restoration and sustainable management.

Cette thèse porte sur le développement d’un essai mécanique pour la caractérisation de l’adhérence d’une colle à un substrat. L’enjeu est d’étudier les différentes méthodes de la caractérisation de l’adhérence dans les assemblages collés et de pouvoir modéliser le comportement associé. La première partie de la thèse consiste en une étude bibliographique des essais mécaniques permettant de caractériser l’adhérence. Ceux-ci sont classés en distinguant les essais en propagation et ceux en initiation de rupture. Cet état de l’art fait ressortir l’intérêt de l’utilisation de l’essai de flexion 3 points et de butt joint pour cette étude. La seconde partie de la thèse présente les différents matériaux utilisés et les différents traitements de surface permettant de faire varier l’adhésion des adhésifs au substrat. La troisième partie présente le cœur de ces travaux de thèse qui est l’essai de flexion 3 points. L’étude montre que cet essai de flexion 3 points permet, avec les adhésifs de l’étude, d’initier systématiquement une rupture adhésive localisable à la surface du substrat. Une approche énergétique a permis de déterminer un critère d’adhérence indépendant des paramètres physiques des matériaux et des dimensions de l’éprouvette. D’autre part, il a été montré que plus l’épaisseur du substrat est fine, plus les résultats de mesure de l’adhérence sont précis. Enfin, une quatrième partie s’attèle à la modélisation numérique par la méthode des éléments finis. Les résultats obtenus montrent que la contrainte d’ouverture en mode I est celle qui initie la rupture. En conclusion, l’essai de flexion 3 points permet de mesurer l’énergie d’initiation de rupture adhésive. / This thesis deals with the development of a mechanical test for the characterization of the practical adhesion of an adhesive to a substrate. The aim is to study the different methods of characterization of the adhesive strength in bonded joints and to model the associated behaviour. The first part of the thesis consists of a bibliographic study of the mechanical tests to characterize this adhesive strength. These tests are classified by distinguishing them in propagation or in initiation of rupture. This state of the art demonstrates the advantage of using the 3-point bending and the butt joint tests for this study. The second part of the thesis presents the different materials and the various surface treatments used to vary the adhesion of adhesives to the substrate. The third part presents the core of this thesis work which is the 3-point bending test. The study shows that this 3-point bending test leads systematically to initiate a localizable adhesive rupture on the surface of the substrate, at least for the adhesives used in our study. An energy approach of the test allows to determine an adhesion criterion independent of the physical parameters of the materials and dimensions of the specimen. On the other hand, it has been shown that the thinner the substrate, the more precise the results of the adhesive strength. Finally, a fourth part is devoted to numerical modelling by the finite element method. The results obtained show that opening constraint in mode I is that which controls the rupture. In conclusion, the 3-point bending test clearly allows to measure the energy of the adhesive rupture initiation.