Le traitement de carbonitruration est aujourd'hui un procédé très répandu pour augmenter la résistance mécanique des pièces en acier. Ce type de solution a fait ses preuves dans le cadre de pièces massives, mais l'oxydation interne des couches enrichies reste une limitation conséquente du traitement à pression atmosphérique.C'est dans cette optique scientifique que s'inscrit une partie de cette étude visant le développement d'un traitement de carbonitruration à basse pression, en vue d'une application industrielle. Les nombreuses investigations expérimentales réalisées sur la nuance 16MnCr5 ont permis le développement et la mise au point de deux cycles répondant à deux critères de profondeur de traitement : 0.25 -- 0.4 mm et 0.7 -- 1.2 mm. Les observations métallurgiques ne révèlent aucune forme de précipitation, ce qui n'est pas le cas lorsque que le traitement est appliqué à une nuance métallurgique plus fortement alliée (Fe - 0.18 %C - 3.12 % Cr - 0.7 %V -0.45 %W).D'un point de vue simulation, les outils de calculs thermodynamiques confirment et clarifient les phénomènes de précipitations observés. L'acier plus fortement allié (qui contient initialement des carbures de vanadium de type MC) présente des carbures de types M23C6 et M7C3 ainsi que des carbonitrures de types M (C, N). En complément à la détermination des phases en présence et de leur composition, une modélisation de la diffusion du carbone et de l'azote est proposée. Le modèle utilise des conditions aux limites déterminées expérimentalement, des coefficients de diffusion du carbone et de l'azote interdépendants issus de la littérature. La cinétique de refroidissement au cours de la trempe est déterminée pour alimenter le modèle de calcul de transformation de phases et simuler le profil de dureté. Le couplage des modèles développés donne des résultats très proches des profils de carbone, azote et duretés mesurés expérimentalement.Une autre partie du travail propose l'intégration du traitement de carbonitruration à basse pression au procédé de mise en œuvre MIM (Moulage par Injection de poudres Métalliques) permettant la réalisation des composants de formes complexes. Les pièces " MIM " obtenues par l'exploitation du feedstock commercial PolyMIM 16MnCr5 intégrant un système de liant soluble à l'eau présentent 10 % de porosité. Les résultats métallurgiques observés sur les pièces MIM carbonitrurées consécutivement au palier de frittage sont identiques à ceux observés sur des pièces massives. La comparaison des profils de diffusion en carbone et azote entre les pièces à 10 et20 % de porosité (obtenu par diminution de la durée du pallier de frittage) montre cependant que le taux de porosité influence la profondeur de traitement.

Les tourbières nordiques, sont des écosystèmes humides ayant la particularité de produire plus de matière organique qu'elles n'en décomposent. Elles ont ainsi accumulé de formidables quantités de carbone depuis le début de la dernière déglaciation. C'est pour cette raison qu'elles représentent un intérêt particulier pour la modélisation du climat global. En effet, contenant environ un tiers du carbone des sols tout en ne couvrant qu'environ 3% de la surface terrestre, les tourbières émettent également de grandes quantités de méthane, qui a un pouvoir de réchauffement climatique 23 fois plus important que le dioxyde de carbone. Afin de pouvoir intégrer ces différents facteurs dans les modèles globaux du climat et d'estimer leur incidence sur le cycle global du carbone, il est nécessaire de mieux connaitre la dynamique du carbone dans les tourbières elles-mêmes. Les tourbières nordiques ont la capacité d'archiver des informations rapportant les différents changements qu'elles ont subis depuis leur développement. Ces changements incluent les changements climatiques régionaux, qui ont affecté leur végétation et la dynamique du carbone, mais aussi des changements autogènes, c'est-à-dire propres à leur dynamique interne. Il est donc nécessaire de prendre en compte ces différents facteurs en vue de reproduire leur dynamique. Cette thèse a pour objectif d'évaluer la connaissance de la dynamique du carbone dans les tourbières par le biais de l'évaluation du Holocene Peat Model (Frolking et al. 2010). Ce modèle comprend une description des processus d'accumulation, de décomposition, du bilan hydrique et une représentation de la végétation par 12 groupes fonctionnels de plantes ainsi que les boucles de rétroaction entre ces différents processus. Son évaluation a été effectuée en deux étapes. Dans un premier temps, une analyse de sensibilité a permis de déceler les paramètres du modèle ayant une influence sur la quantité totale de carbone dans les simulations, puis les interactions entre les paramètres ont également été analysées. Les résultats montrent que certains paramètres représentent des sources d'incertitude importantes et devraient être l'objet de plus amples recherches (tels que la conductivité hydraulique, le gradient d'anoxie, certains paramètres contrôlant le bilan hydrique et la densité sèche). De plus, parmi les milliers de simulations effectuées, on observe que plusieurs types de développements des tourbières sont possibles, bien que la méthodologie mette l'emphase sur les processus autogènes et contraigne les processus allogènes à un régime de précipitation et une productivité primaire nette (PPN, servant d'indicateur climatique) constants. Par ailleurs, il apparaît que les sphaignes ont une influence sur le type de développement de la tourbière, ce qui affecte par conséquent l'accumulation du carbone. Dans un second temps, le modèle est calibré pour deux sites de la région de la Baie James au Québec. Il s'agit de deux tourbières ombrotrophes ouvertes ayant des caractéristiques écohydrologiques et des taux d'accumulation de carbone différents. Pour chacun de ces sites, deux simulations sont réalisées : la première est basée sur une reconstruction des précipitations et la seconde sur une reconstruction des niveaux de nappe phréatique. Il est notable que les résultats des simulations révèlent des périodes durant lesquelles les tourbières présentent des pertes nettes de carbone. En comparant les résultats des simulations avec les taux d'accumulation de carbone et les résultats des analyses de macrorestes végétaux, on constate que le modèle reproduit, de façon générale, les variations observées dans ces séries de données. De plus, il est conclu que ce modèle peut être utilisé comme outil d'identification des causes de variations de l'assemblage végétal. Bien que de certains processus doivent être étudiés plus avant afin de limiter les incertitudes du modèle, cette thèse a permis d'établir la validité des concepts de dynamique du carbone dans les tourbières en intégrant l'évaluation des dynamiques d'échelle globale et locale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tourbière, modélisation, évaluation, analyse de sensibilité, forçage, fonction de transfert.

De part leur surface poreuse développée, les carbones activés montrent une grande efficacité pour l'adsorption de composés organiques en solution et la dépollution de l'eau. Cependant, l'adsorption est souvent irréversible et se pose le problème de la régénération de l'adsorbant. Dans ce travail, nous avons examiné les potentialités de piégeage réversible d'un herbicide, la bentazone, sur des tissus de carbone activé en utilisant un procédé électrochimique. Nous avons montré que la polarisation cathodique permet véritablement de régénérer la porosité du tissu de carbone avec une cinétique de désorption rapide et supérieure à la cinétique d'adsorption. Le processus d'adsorption fait intervenir essentiellement des interactions dispersives, en partie atténuées par les répulsions électrostatiques avec les groupes de surface dissociés. La bentazone s'adsorbe à plat par interactions et envahit les ultramicropores. La désorption sous polarisation négative implique des forces électrostatiques répulsives entre la surface de carbone polarisée et la bentazone chargée négativement, significativement renforcées par la présence du champ électrostatique, d'autant plus à des valeurs de pH élevées. L'électrodécomposition de l'eau joue un rôle crucial en provoquant une augmentation locale de pH dans la porosité, favorisant la dissociation de la bentazone, et donc en accentuant les répulsions électrostatiques. Les taux de désorption sont élevés et atteignent jusqu'à 95% au second cycle de désorption, sans altérer les propriétés physico-chimiques initiales de l'adsorbant carboné. Lors du premier cycle de désorption, on constate qu'une partie de la bentazone reste piégée irréversiblement (30 à 50%), soit parce qu'elle est bloquée dans l'ultramicroporosité ou bien parce qu'elle est adsorbée au niveau de feuillets qui ne sont pas connectés électriquement aureste du réseau carboné, et restent donc inefficaces lors de la polarisation de l'électrode.

Mémoire (M.Sc.A.) --Université du Québec à Chicoutimi, 1989. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèses (M.Env.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 25 août 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 15 décembre 2005). Bibliogr.

Th.--Sci. phys.--Toulouse--I.N.P., 1981. N°: 53.

Le contexte scientifique de cette thèse s'inscrit dans le domaine de la bioélectronique et l'objectif vise la mise au point de dispositifs diamant pour des applications en chimie analytique, diagnostic clinique ou encore dans le domaine médical. Un des axes de travail est basé sur la mise au point d'une nouvelle technique de fonctionnalisation du diamant hydrogéné. Cette méthode est rapide, simple, mono-étape et ne nécessite pas d'apport extérieur d'énergie. La caractérisation du greffage par FTIR a permis de proposer un mécanisme réactionnel qui a été corroboré par l'étude de la cinétique réactionnelle. Nous avons mis en évidence que ce procédé permet l'obtention d'une liaison covalente stable carbone-carbone. Elle se révèle particulièrement adaptée à l'immobilisation directe d'espèces biologiques. En utilisant cette technique de greffage, il a été possible de concevoir des biopuces à ADN et protéines, ainsi qu'un biocapteur au peroxyde d'hydrogène de troisième génération. Enfin, le procédé étant basé sur la simple mise en contact de la solution de greffage avec le substrat, il est possible de structurer les dépôts à l'échelle nanométrique en faisant appel au Dip-Pen Nanolithography. En parallèle, un nouveau matériau composite diamant/nanotubes de carbone a été mis au point pour augmenter la surface développée des électrodes de diamant dopé au bore et en accroitre ainsi les performances. Dans ce cadre, une technique de gravure catalytique assistée par filament chaud a été utilisée pour enterrer des nanoparticules dans la couche diamant. Ces dernières assurent par la suite la croissance des nanotubes de carbone par dépôt chimique en phase vapeur. Cette méthodologie assure ainsi une meilleure adhérence des nanotubes sur leur substrat et permet de pallier aux problèmes de toxicité des nanotubes vis-à-vis des milieux biologiques. / The scientific context of this thesis is related to the field of bioelectronics. The objective is the development of diamond devices for applications in analytical chemistry, clinical diagnostic or medical devices. One of the axes deals with a new technique of functionalization of hydrogenated diamond surface. This method is fast, simple, one step and does not require contribution of exogenous energy. The characterization of the grafting by FTIR allowed us to suggest a mechanism which was confirmed by the study of the reaction kinetic. We brought to light that this process ensures the achievement of a stable covalent carbon-carbon bond. This methodology is particularly well adapted to the direct immobilization of biological species. By using this grafting technic, it was possible to design DNA and proteins biochips, as well as a hydrogen peroxide third generation biosensor. Finally, the process being based on the simple stake in contact of the grafting solution with the substrate, it is possible to structure functionalized areas at the nanometric scale using Dip-Pen Nanolithography. In parallel, a new composite diamond /carbon nanotubes material was developed to increase the specific surface of the boron doped diamond electrodes and so to increase its efficiency. In this frame, a new technic of catalytic etching assisted by hot filament was used to embed nanoparticles in the diamond layer. This process allowed afterward the growth of the carbon nanotubes by chemical vapor deposition. This methodology ensures markedly enhanced adhesion of the nanotubes on their substrate and obviates the problems of nanotubes toxicity towards their biological environment.

Les matériaux composites à base de fibres de carbone (CF) sont actuellement très utilises dans le domaine de l’aérospatiale, de la construction et du sport grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, une faible densité et une haute stabilité thermique. Les propriétés des composites dépendent fortement de la nature et de la qualité de l’interface fibre/matrice. Une bonne adhérence interfaciale permet un meilleur transfert de charge entre la matrice et les fibres. Les CFs sans traitement sont chimiquement inertes et présentent donc une faible adhérence vis-à-vis de la résine époxyde. Par ailleurs, les faibles propriétés transversales et interlaminaires limitent sensiblement la performance et la durée de vie des composites. Par conséquent, un type de renfort à base de fibres traitées est fortement souhaité pour améliorer les propriétés globales des composites, en particulier l'adhésion interfaciale entre les fibres et la matrice. Dans cette thèse, trois types de traitement de surface, l’ensimage, le traitement thermique et la croissance de nanotubes (CNTs), ont été appliqués aux CFs. En particulier, les CFs greffées de CNTs, se combinant avec les deux autres traitements, montrent la meilleure adhérence interfaciale avec la matrice époxyde. L’ensimage proposé peut améliorer la performance du CNT-CF hybride et minimiser les dommages aux fibres lors de la manipulation ultérieure tels que le transport et la préparation de composites. Tout d’abord, l’ensimage a été réalisé sur la surface des fibres par dépôt de résine époxyde en solution. L’ensimage permet de protéger les filaments au cours de la mise en oeuvre et favorise également la liaison fibre/matrice. Différentes formulations d’ensimage selon les proportions époxy/durcisseur ont été utilisées. La quantité d'ensimage déposée sur les fibres de carbone a été contrôlée en faisant varier la concentration de la solution d’ensimage. Ensuite, un traitement thermique, effectué sous un mélange de gaz à 600-750 oC, a permis de modifier la surface des CFs. L'influence de la composition du gaz, du temps de traitement et de la température sur les propriétés interfaciales des composites CFs/époxy a été systématiquement quantifiée. Enfin, des CNTs ont été greffés sur les CFs par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur en continu afin d’obtenir un nouveau type de renfort hybride multi-échelle. Les CNTs greffés permettent d’augmenter la surface de contact et d’améliorer l’accrochage mécanique de la fibre avec la résine. De plus, ils pourraient améliorer la résistance au délaminage, les propriétés électriques et thermiques des composites. Les CFs greffées de CNTs de différentes morphologies et densités ont été produites en faisant varier les conditions de croissance. Après le traitement de surface, les essais de fragmentation ont été menés afin d’évaluer la résistance au cisaillement interfacial (IFSS) des composites CFs/époxy. Par rapport aux fibres vierges, l’ensimage et le traitement thermique ont contribué à une augmentation de l'IFSS de 35% et de 75%, respectivement. L'adhésion interfaciale entre la matrice époxyde et les fibres greffées avec CNTs pourrait être adaptée en faisant varier la morphologie, la densité de nombre et la longueur de CNT. Les CFs greffées avec 2% en masse de CNTs (10nm de diamètre) ont entraîné une amélioration de l'IFSS de 60%. Un traitement thermique et un ensimage pourraient contribuer à une augmentation supplémentaire de 108%. Il convient de mentionner que la dégradation des fibres n’a pas été observée après les divers traitements précédemment évoqués. Les résultats de ces travaux pourraient mener au développement de ces techniques à plus grande échelle pour la conception de structures à base de composites CFs/époxy. / Carbon fiber (CF)-reinforced polymer composites are widely used in aerospace, construction and sporting goods due to their outstanding mechanical properties, light weight and high thermal stabilities. Their overall performance significantly depends on the quality of the fiber-matrix interface. A good interfacial adhesion provides efficient load transfer between matrix and fiber. Unfortunately, untreated CFs normally are extremely inert and have poor adhesion to resin matrices. Meanwhile, poor transverse and interlaminar properties greatly limit the composite performance and service life. Therefore, a new kind of fiber-based reinforcement is highly desired to improve the overall composite properties, especially the interfacial adhesion between fiber and matrix. In this thesis, three kinds of surface treatment, including sizing, heat treatment and carbon nanotube (CNT) growth, were applied to CFs. In particular, CFs grafted with CNTs, combining with the other two treatments demonstrate superior interfacial adhesion to the tested epoxy matrix. The proposed epoxy sizing can improve the CNT-CF hybrid performance and prevent fiber damage during the subsequent handling such as transport and composite preparation. Firstly, epoxy-based sizing was applied onto the CF surface by the deposition from polymer solutions. Sizing could not only protect the carbon fiber surface from damage during processing but also improve their wettability to polymer matrix. A detailed study was conducted on the influence of the ratio of epoxy and amine curing agent in the sizing formulation. The sizing level on the fiber surface was controlled by varying the concentration of polymer solutions. Secondly, heat treatment in a gas mixture at 600-750 oC was used to modify the carbon fiber surface. The effect of gas mixture composition, treatment time and temperature on the interface was evaluated systematically. Thirdly, CNTs were in-situ grafted on the carbon fiber surface by a continuous chemical vapour deposition (CVD) process to obtain hierarchical reinforcement structures. These hybrid structures have the potential to improve the interfacial strength of fiber/epoxy composites due to the increased lateral support of the load-bearing fibers. Meanwhile, the CNT reinforcement could improve the composite delamination resistance, electrical and thermal properties. The CF grown with CNTs of different morphologies and densities were produced by varying CVD conditions. After the surface treatment, single fiber fragmentation test was used to assess the interfacial shear strength (IFSS) of carbon fiber/epoxy composites. Compared with the as-received CFs, the epoxy sizing and the heat treatment contributed to an improvement in IFSS of up to 35% and 75%, respectively. The interfacial adhesion between epoxy matrix and CNT-grafted fibers could be tailored by varying the CNT morphology, number density and length. The CFs grafted with 2 wt% CNTs of 10 nm in diameter resulted in an improvement in IFSS of around 60%. A further heat treatment and epoxy sizing could contribute to an additional increase of 108%. It’s worth to mention that no significant strength degradation of the fibers was observed after the surface treatments. This work could support the development of large-scale approach to CF surface treatment, and throw light on the design of structurally efficient CF/epoxy composites.