La définition de la géométrie du foret et le calcul des efforts de coupe générés pendant le perçage occupent une place centrale dans les travaux de modélisation. Ces informations sont indispensables pour étudier de nombreux problèmes liés au perçage. Ces travaux ont pour but de proposer une modélisation thermomécanique du perçage en utilisant le modèle de la coupe oblique développé et validé au LPMM. Le calcul des efforts de coupe est conduit à partir des angles et des conditions de coupe, du comportement du matériau usiné et des conditions de frottement à l'interface outil-copeau. Après le calcul des angles de coupe moyennant un modèle géométrique développés dans ce travail en se basant sur une définition CAO du foret, les arêtes de coupe sont décomposées en arêtes élémentaires en position de coupe oblique. Le modèle thermomécanique est ensuite appliqué après certaines modifications apportées pour tenir compte des caractéristiques du perçage. Des résultats expérimentaux en termes d'efforts de coupe sont présentés et comparés à ceux calculés par le modèle. Ces esais permettent d'analyser la pertinence du modèle et de valider. Enfin, une première étude d'optimisation de la géométrie du foret est présentée. Pour mieux comprendre les phénomènes accompagnant le perçage, des simulations de coupe orthogonale 2D et du perçage en 3D par la méthode EF ont été effectuées. L'approche numérique fournit une analyse complète et des informations sur le champ des contraintes, des températures, sur la morphologie et l'écoulement des copeaux, mais ces calculs requièrent énormément de temps. Les deux approches peuvent être considérés complémentaires pour l'optimisation du perçage / The determination of the cutting forces generated during the drilling operation is an essential step in the drilling optimisation. This information is crucial for the cutting conditions determination and the tool definition. The aim of this work is to propose a predictive thermo mechanical model for the drilling process. This model is based ont the thermo mechanical oblique cutting model developed and validated in the LPMM laboratory. The parameters used in this model are the cutting angles, the cutting conditions, the behaviour of the workpiece materials and the friction conditions on tool-chip interface. After the determination of the cutting angles from the CAD definition of the drill using a mathematical geometrical model developed in this work, the cutting edges are decomposed into a series of linear oblique cutting edges. A modified version of the thermo mechanical model is then apllied on each elemental cutting edge in order to calculate the elemental cutting forces, and then the global thrust and torque are determined. Experimental dry drilling tests were performed in order to validate the presented model. The calculated and measured global torque and thrust were compared, a good agreement was obtained. In the last section a numerical model using the finite element method with two commercial codes are presented. 2D orthogonal cutting and 3D drilling simulations were carried out. Numerical simulation provides interesting information on the chip formation and on the temperature and stress distributions but the calculations are time consuming. The two proposed methods may be used as complementary approaches to optimize cutting conditions and drill geometry

Les propriétés mécaniques des matériaux à structure cristalline hexagonale présentent actuellement un intérêt pour des applications techniques ainsi que pour la recherche académique. Ce travail s’articule autour du cas de magnésium utilisé notamment en aéronautique pour sa légèreté. Cependant, du fait du nombre restreint de symétries de leur structure cristalline, ces matériaux peuvent présenter certaines « difficultés » de mise en forme. La mise en forme impose la plupart de temps de grandes déformations au matériau, c’est pourquoi il est primordial d’y connaître son comportement. De grandes déformations plastiques impliquent le développement d’une anisotropie plastique qui peut être particulièrement forte dans les polycristaux hexagonaux. Ce travail propose en premier lieu les bases de compréhension et une revue de littérature sur la plasticité des matériaux hexagonaux. Le rôle de la sensibilité à la vitesse de déformation sur la plasticité des matériaux à structures hexagonales est ensuite discuté. Les orientations idéales de texture et leurs caractéristiques de persistance dans les cristaux hexagonaux en cisaillement simple sont déterminées. Une analyse de l’évolution de texture dans le magnésium durant une extrusion angulaire à section constante est ensuite effectuée. Puis l’évolution de texture et le comportement mécanique du magnésium en torsion est analysé. Finalement, une modélisation de la déformation en extrusion angulaire à section constante par une ligne de courant générale est proposée / The properties of materials with hexagonal crystalline structure are currently of interest for technical applications and for academic research. This work is articulated around the case of magnesium used in particular in aeronautics for its lightness. However, because of the restricted number of symmetries of the hexagonal crystal structure, these materials can present certain “difficulties” of forming. Forming usually imposes large deformations on the material; this is why it is of primary importance to know its behavior. Large plastic deformations imply the development of a plastic anisotropy which can be particularly strong in hexagonal polycrystals. This work initially shows the bases of comprehension and a review of literature on the plasticity of hexagonal materials. Then the role of strain‐rate sensitivity in the crystal plasticity of materials with hexagonal structures is discussed. The ideal orientations of texture and their characteristics of persistence of hexagonal closed‐packed crystals in simple shearing are identified. Then an analysis of texture evolution in magnesium during equal angular extrusion is carried out. The texture and mechanical behavior of magnesium during free end torsion are also analyzed. Finally, a modeling of the deformation during equal channel angular extrusion by a general flow function is proposed

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out toprove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear modelis also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear lawin a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decidethe best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection’s property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete’s compressive strength and young’s modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out to prove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear model is also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear law in a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decide the best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection's property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete's compressive strength and young's modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

La détermination de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement (Vs) dans un sol est fondamentale dans tous les problèmes en dynamique des sols. Plusieurs techniques permettent la mesure de Vs dans les sols. En effet, le paramètre Vs permet la caractérisation et l'évaluation du potentiel de liquéfaction des sols granulaires. Cependant, indépendamment de la technique de mesures utilisées, plusieurs valeurs de Vs peuvent être obtenues. Cette diversification peut se justifier par plusieurs facteurs, notamment la granulométrie. D'où cette étude qui porte sur l'influence de la granulométrie sur la vitesse des ondes de cisaillement des sols granulaires. Dans ce mémoire de maîtrise, l'effet des éléments caractéristiques des sols granulaires (D[indice inférieur 50], e, Cu, [sigma][indice inférieur m]) sur la vitesse des ondes de cisaillement est étudié. Quatre types de sols granulaires ayant des propriétés granulométriques différentes sont considérés. Il s'agit de : (1) Le sable d'Ottawa (C-190) (D[indice inférieur 50] = 0,37 mm et Cu=1,96), (2) Le sable de Milby qui est un sable très fin ((D[indice inférieur 50] = 0,247 mm et Cu= 3,2), (3) Le sable Eastman (D[indice inférieur 50] = 0,6 mm et Cu = 11,05) et (4) Le Till Eastman (D[indice inférieur 50] = 0,1 mm et Cu = 22). Les essais en laboratoire ont été réalisés sur une cellule oedométrique équipée d'un dispositif d'anneau piézoélectrique qui permet de déterminer à la fois la valeur le module oedométique (Eoed) à partir de la cellule et la mesure de Vs à partir de l'essai ring actuator développé à l'université de Sherbrooke. Il ressort de cette étude que la vitesse des ondes de cisaillement augmente avec l'augmentation du D[indice inférieur 50]. De plus, cette étude révèle qu'il existe une corrélation directe entre le module oedométrique et le module de cisaillement Gmax. Cette corrélation peut se traduire par une fonction de la forme de la forme Eoed / Gmax = f([sigma]).

La caractérisation des matériaux cimentaires au cours du temps est essentielle pour le bon achèvement et le contrôle des constructions de tous genres, afin de prévenir les dégradations et éviter les ruines d’ouvrage. Ce projet de recherche propose l’utilisation des ondes de cisaillement pour mieux caractériser des propriétés physiques et mécaniques de ces matériaux telles que le temps de prise, le module de cisaillement et la ségrégation. Les ondes de cisaillement sont générées par la récente technique des anneaux piézoélectriques (P-RAT). Cette technique développée à l’université de Sherbrooke, est initialement destinée pour estimer le module de cisaillement des sols à partir de la vitesse des ondes de cisaillement. Le P-RAT a été récemment appliqué sur les pâtes de ciment et les mortiers pour déterminer le temps de prise initiale et finale à partir de la dérivée de la vitesse des ondes de cisaillement. L’objectif de cette thèse est d’étendre et d’approfondir l’étude de faisabilité du P-RAT en tant que technique non destructive pour la caractérisation physique et mécanique des pâtes de ciment, des mortiers et des bétons et de valider son applicabilité pour une éventuelle utilisation in-situ. Nous avons étudié plusieurs aspects de traitement de signal, dans le domaine temporel et fréquentiel, pour extraire l’information utile à la caractérisation des matériaux cimentaires à partir des ondes de cisaillement. La relation entre la variation du contenu fréquentiel et le temps de prise initiale et finale des pâtes de ciment et des mortiers a été décelée. La méthode fréquentielle proposée dans ce projet est plus rapide que celle de dérivée de la vitesse des ondes de cisaillement et ne requiert pas une expertise dans le domaine de traitement du signal pour l’exécuter. Les essais au laboratoire ont démontré la performance du dispositif formé de deux capteurs P-RAT de diamètre externe de 16 mm, montés de part et d’autre sur les deux bornes d’un étau de serrage, à mesurer le module de cisaillement de 1 jour à 56 jours. Un modèle de régression linéaire multiple a été développé pour estimer la résistance à la compression à partir du module de cisaillement. En plus, une relation empirique a été obtenue entre le module de cisaillement à 24 h et le module d’élasticité statique à 28 jours qui permet la prédiction de ce dernier dès le jeune âge. La faisabilité de P-RAT pour la caractérisation des propriétés physiques des bétons, notamment le temps de prise et la ségrégation, a nécessité au préalable une étude de l’effet des dimensions des capteurs P-RAT sur la qualité des signaux reçus. Une étude comparative a été menée avec trois capteurs de diamètres différents (16 mm, 22 mm et 35 mm). Cette étude a permis d’identifier la dimension du capteur la plus appropriée pour les bétons. Les résultats ont démontré l’intérêt d’utiliser des gros capteurs de 35 mm de diamètre externe pour obtenir des signaux plus clairs avec un faible rapport bruit/signal. La méthode pic à pic s’est avérée adéquate pour déterminer le temps d’arrivée des ondes de cisaillement et calculer leur vitesse. Le temps de prise des bétons, déterminé avec la méthode de dérivée de la vitesse des ondes de cisaillement, survient plus tôt que celui des bétons tamisés, déterminé à l’aide de l’essai de la résistance à la pénétration. La présence de gros granulats dans le béton favorise la connectivité entre les différentes particules ce qui permet un développement rapide de sa rigidité qui affecte la vitesse des ondes de cisaillement. Finalement, l’étude de la ségrégation de huit bétons autoplaçants avec différents degrés de stabilité a été effectuée avec le P-RAT. L’indice de ségrégation a été déterminé à partir de la variation de la vitesse des ondes de cisaillement à trois hauteurs différentes dans une colonne de béton coulé de 450 mm de hauteur totale. Les résultats montrent que le P-RAT est capable d’évaluer la stabilité des bétons fluides à 10 h et à 24 h après le contact eau-ciment. Les bétons avec un indice de ségrégation à 24 h supérieur ou égal à 0,95 sont considérés comme des bétons très stables. Cette valeur critique correspond à l’indice de ségrégation de 5 % calculé avec la méthode de la colonne de ségrégation appliquée sur le béton frais.

Les réponses des sols aux diverses sollicitations qu'ils subissent à l'état naturel sur site sont multiples et dépendent de nombreux facteurs tel que leur nature, le domaine de sollicitation, la présence d'eau et plusieurs autres facteurs (état de contrainte, présence de cavités, etc.). La connaissance du domaine des petites et moyennes déformations pour le dimensionnement de nombreux ouvrages sur des dépôts de sols argileux ou sableux est d'une grande importance. La détermination des propriétés mécaniques des sols dans le domaine des petites déformations est néanmoins importante dans plusieurs applications en géotechnique. Le besoin de déterminer le module de cisaillement des sols à faibles déformations a conduit au développement de différents outils d'investigation.Les outils non intrusifs basés sur la propagation des ondes de surface permettent de s'affranchir des problèmes de remaniement du sol et la détermination des paramètres fondamentaux (G[indice inférieur max]) du sol dans leur vrai état des contraintes. L'étude menée dans ce travail se résume essentiellement en deux volets. Une présentation détaillée, des différentes méthodes et techniques qui déterminent la vitesse d'onde de cisaillement V[indice inférieur s] lors de la caractérisation des sols, est faite en premier stade. On se focalise à décrire le dispositif des bilames piézo-électriques (utilités, avantages et limitations). En second volet, on se consacre sur la caractérisation des sols granulaires au moyen de V[indice inférieur s]. Des simulations numériques illustrées par des essais aux laboratoires sur un modèle simplifié de la cellule oedométrique équipée du dispositif des anneaux piézo-électriques, ont été dirigés. En considérant trois sols pulvérulents de différentes propriétés granulométriques, on a pu voir les difficultés d'interprétation des résultats suivant les méthodes directes dans le domaine temporel. Alors que, des résultats traités dans le domaine fréquentiel se sont avérés plus réalistes.

La consolidation des argiles par électro-osmose est une technologie qui fut appliquée sur certains chantiers depuis les années cinquante. Elle améliore grandement les propriétés mécaniques des argiles normalement consolidées. Par contre, les résultats hétérogènes sur le terrain et la difficulté de maîtriser l'efficacité du traitement, dues aux pertes de potentiel électrique au contact sol-électrodes, font en sorte qu'elle n'a jamais connu un succès commercial. Récemment, un projet in-situ a été réalisé par l'Université de Sherbrooke (BURNOTTE (2003)) avec la collaboration du ministère des Transports du Québec dans la ville de Mont Saint-Hilaire, Québec. Le projet du Mont Saint-Hilaire a été un succès et il a démontré une bonne concordance entre les résultats en laboratoire et les résultats sur le terrain pour un argile normalement consolidée. Le succès de ce projet pilote a fait ressortir quelques problématiques qui devront être comprises et maîtrisées afin que la technologie de consolidation par électro-osmose soit apte à des applications commerciales, dont: (1) influence du degré de surconsolidation ( OCR ); (2) influence de la géométrie sur l'efficacité du traitement; (3) traitement é.-o. des fondations pour un nouveau remblai. La compréhension de ces problématiques est nécessaire pour augmenter l'efficacité du traitement, améliorer la fiabilité des résultats envisagés, améliorer l'homogénéinité et diminuer les coûts du traitement.

Nowadays, many environmental and climatic factors such as weathering actions, temperature variation, chemical attacks, abrasion and other degradation processes can cause near surface damage (0.0 m to 0.5 m) to most concrete structures exposed to severe environmental conditions. As such, the spread of such damage and, subsequently, the loss of mechanical properties of materials are very progressive in long term. The main purpose of Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) method is to 1) characterize near surface damage in concrete structures as a nondestructive testing procedure, 2) estimate the thickness of superficial layers and determine shear-wave velocity (V[subscript S]) profiles. The originality of this research is the application of MASW as a non-destructive method for the evaluation of near surface damage in concrete structures. Indeed, major applications of this method are concerning geotechnical applications. Experiments have been conducted on two concrete slabs (0.80 m, 3 m et 3.50 m) at IREQ with different typical simulated near surface pathologies in order to test the accuracy of MASW method. The results demonstrate that the MASW method has a potential to identify the homogeneity of concrete and estimate the thickness of superficial layers in concrete structures.