Implantées depuis plus de dix ans dans l’industrie, l’intérêt des colonnes à cloison n’est aujourd’hui plus à démontrer. Suivant les applications envisagées, elles peuvent permettre d’important gain tant énergétique qu’économique. Cependant leur design est toujours complexe et les méthodes de conception développées ne s’adressent qu’à des applications avec des mélanges proches de l’idéalité. Le développement d’une nouvelle méthode de design d’une colonne à distillation de mélanges non-idéaux applicable aux colonnes à cloison constitue l’objet d’étude de cette thèse. Dans un premier temps, une procédure de faisabilité et de design d’une colonne classique basée sur les feuilles opératoires a été proposée. Les paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés comme initialisation d’une simulation rigoureuse conduite au sein du logiciel Prosim Plus. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux, non-idéaux et azéotropiques ont été utilisés. Il a pu être montré que les paramètres de design obtenus permettent d’accéder à un design plus fiable et plus efficient, aussi bien d’un point de vue énergétique qu’économique, que ceux obtenus par la bien connue méthode shortcut FUGK. Dans un second temps, la procédure a été adaptée aux colonnes à cloison. Les paramètres obtenus ont également servi à initialiser une simulation rigoureuse et la procédure a été testée avec les mêmes mélanges. Il a été mis en évidence que les paramètres de design obtenus permettaient d’obtenir une bonne initialisation de la colonne. Comparée avec une autre méthode développée précédemment par le laboratoire, la procédure développée s’est révélée plus fiable et a permis l’obtention de design plus économique tant du point de vue énergétique qu’en termes d’investissement. Enfin, une phase de validation expérimentale a également été réalisée sur une installation pilote. Dans un premier temps, l’instrumentation et le contrôle de la colonne ont été fortement améliorés. Dans un second temps, des résultats expérimentaux réalisés sur avec un mélange hétéro-azéotropique ont pu valider des simulations en terme de profils de composition et de température interne ainsi que les compositions et les débits de sortie de la colonne.

La maçonnerie non armée est présente dans une grande majorité de constructions du Québec, en particulier comme matériau non structural dans les bâtiments de la catégorie de risque élevé ou de protection civile du Code national du bâtiment. Lors du tremblement de terre du Saguenay en 1988, la majorité des dommages rapportés ont été attribués à la défaillance des cloisons construites en maçonnerie non armée. Les dommages survenus ont eu pour effet d'attirer davantage l'attention sur le comportement sismique des murs de cloison en MNA dans la performance globale d'un bâtiment. Les risques pour la sécurité et les pertes de fonction d'un bâtiment peuvent être significativement aggravés par la défaillance des éléments non structuraux, même si le système structural du bâtiment s'est bien comporté lors d'un séisme. La cause principale des problèmes suscités par les cloisons construites en maçonnerie non armée réside par l'absence d'un système de retenue latérale approprié à la structure. Afin d'assurer une meilleure protection incendie, les cloisons de blocs de béton se prolongent jusqu'au toit, sans toutefois être fixées aux éléments structuraux. Non seulement ces cloisons sont instables, mais également d'autres éléments de construction peuvent s'y heurter, notamment dû au mouvement différentiel entre la structure et les cloisons en maçonnerie. Ce comportement probable en cas de séisme vise à envisager et à considérer des solutions de réhabilitation permettant de sécuriser les lieux face à d'éventuelles catastrophes. Dans le cadre du projet de recherche, des essais dynamiques hors-plan sur table sismique ont été effectués au laboratoire de l'Université de Sherbrooke sur des murs de cloison en maçonnerie non armée avec et sans système de réhabilitation. La méthode de réhabilitation explorée a été l'ajout d'un système de retenue latérale en-tête des murs. Des accélérogrammes artificiels mis à l'échelle pour la région de La Malbaie ont été utilisés et appliqués aux spécimens afin d'obtenir des résultats représentatifs d'une zone à sismicité moyenne à élevée au Québec. De plus, des essais de caractérisation ont été réalisés pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux utilisés. Les résultats obtenus lors des essais ont démontré que l'ajout d'un système de retenue latérale augmente considérablement la résistance sismique et la stabilité des murs de cloison.

Les éléments séparatifs à base de plaques de plâtre (cloisons, bloc-porte…) sont d’abord destinés à délimiter les espaces à l’intérieur d’une construction. Ils contribuent aux exigences essentielles pesant sur l’ouvrage en termes de sécurité en cas d’incendie, d’isolation thermique et acoustique. La réglementation française stipule que la vérification de la résistance au feu des ces éléments doit être vérifiée par des essais en vraie grandeur menées selon des procédures normalisées et qui sont souvent onéreux pour les industriels. De plus, la limite du four (5 m de hauteur et 7 m de largeur actuellement) pose un problème pour les fabricants quand ils veulent valider des cloisons plus grandes. Par conséquent, la tendance industrielle est de développer une méthode prédictive du comportement au feu des éléments séparatifs. Cette thèse présente une étude dans le cadre du projet de recherche de EFECTIS France, ce qui conduit à l'élaboration d'un modèle numérique capable de prédire le comportement thermo-mécanique des cloisons en plaques de plâtre se composant d’une ossature métallique vissée sur des parements en plaques de plâtre, quand elles sont soumises à une action thermique normalisée de EN 1363-1 sur une face. Dans cette étude, on présente d’abord des programmes d’essais qui permettent d’une part, d’identifier les propriétés thermo-physiques et thermo-mécaniques de plaques de plâtre cartonné, à température ambiante et à haute température, et d’autre part de caractériser la liaison cinématique de la fixation par vissage des parements en plaques de plâtre sur les montants acier de l’ossature interne, à température ambiante. En suite, on présente le développement des modèles thermique et mécanique avec le logiciel CAST3M en utilisant les paramètres mesurés lors des programmes d’essais sur les matériaux et les assemblages. Les modèles développés permettent de prendre en compte : (i) les phénomènes de transfert thermique par conduction, rayonnement et convection au travers d’une cloison - (ii) la chute du parement exposé de la cloison pendant l’essai - (iii) le comportement mécanique de la cloison elle-même, c'est-à-dire le comportement thermo-mécanique de ses éléments constitutifs (plaques de plâtre cartonné et montants métalliques) ainsi que celui des assemblages vissés des plaques de parements sur les montants d’ossature. / The fire resistance of building elements (partition walls, door sets ...) by means of tests according to standard procedures is often expensive for manufacturers. In consequence, Efectis France is conducting a specific research project aiming to develop an efficient and economical tool in order to carry out the preliminary design of new products as well as their optimization and extend the application of experimental results to configurations different from those of the test (change of size, of component, of boundary conditions ...). This thesis presents a study in the scope of above research project, which led to the development of a numerical model capable of predicting the thermo-mechanical behavior of separating elements such as flexible partitions made with internal steel studs and plasterboard facings, when they are subjected to standard thermal action of EN 1363-1 on one side. This study is organized in three steps. The first one is an experimental investigation relative to the characterization of thermo-physical and of thermo-mechanical properties of plasterboards used in above mentioned partition walls. In the second step, a specific numerical model for the analysis of plasterboard partition fire behavior is developed. This model allows treating not only nonlinear heat transfer but also the nonlinear structural behavior of the partitions from thermal stresses taking into account the degradation of rigidities for the punctual screwing of plasterboards on the steel studs. In the third step, the prediction of the numerical model is compared with experimental results in terms of temperature and displacements of the partitions. The comparisons enable to show the validity of the numerical model to predict appropriately the fire behavior of plasterboard partitions.

Implantées depuis plus de dix ans dans l’industrie, l’intérêt des colonnes à cloison n’est aujourd’hui plus à démontrer. Suivant les applications envisagées, elles peuvent permettre d’important gain tant énergétique qu’économique. Cependant leur design est toujours complexe et les méthodes de conception développées ne s’adressent qu’à des applications avec des mélanges proches de l’idéalité. Le développement d’une nouvelle méthode de design d’une colonne à distillation de mélanges non-idéaux applicable aux colonnes à cloison constitue l’objet d’étude de cette thèse. Dans un premier temps, une procédure de faisabilité et de design d’une colonne classique basée sur les feuilles opératoires a été proposée. Les paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés comme initialisation d’une simulation rigoureuse conduite au sein du logiciel Prosim Plus. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux, non-idéaux et azéotropiques ont été utilisés. Il a pu être montré que les paramètres de design obtenus permettent d’accéder à un design plus fiable et plus efficient, aussi bien d’un point de vue énergétique qu’économique, que ceux obtenus par la bien connue méthode shortcut FUGK. Dans un second temps, la procédure a été adaptée aux colonnes à cloison. Les paramètres obtenus ont également servi à initialiser une simulation rigoureuse et la procédure a été testée avec les mêmes mélanges. Il a été mis en évidence que les paramètres de design obtenus permettaient d’obtenir une bonne initialisation de la colonne. Comparée avec une autre méthode développée précédemment par le laboratoire, la procédure développée s’est révélée plus fiable et a permis l’obtention de design plus économique tant du point de vue énergétique qu’en termes d’investissement. Enfin, une phase de validation expérimentale a également été réalisée sur une installation pilote. Dans un premier temps, l’instrumentation et le contrôle de la colonne ont été fortement améliorés. Dans un second temps, des résultats expérimentaux réalisés sur avec un mélange hétéro-azéotropique ont pu valider des simulations en terme de profils de composition et de température interne ainsi que les compositions et les débits de sortie de la colonne. / The constant increase of divided wall columns usage in the industry for more than ten years shows that its benefits are no longer to be demonstrated. Depending on the applications, it can provide significant energy and economic savings. However their design is still complicated and existing design methods are only applicable to ideal mixtures. The development of a new design method for divided wall distillation column for non-ideal and azeotropic mixtures is the subject of this thesis. Firstly, a feasibility and design procedure for classic distillation column based on the operation leaves was proposed. Calculated design parameters are then used to initialize a rigorous simulation run in ProSimPlus© software. The procedure was tested with ideal, non-ideal and azeotropic mixtures. Results show that calculated design parameters provide a more reliable and efficient column design, from an energetic and economic point of view, than those calculated with the well-known FUGK shortcut method. Secondly the procedure was adapted for divided wall column. Compared with a method developed previously in the laboratory, this new methodology is more reliable and provides more energy and cost efficient designs. Finally, an experimental validation work was made on a pilot plant. Firstly, both instrumentation and control was strongly improved. Secondly, experimental results with a hetero-azeotropic mixture were able to validate rigorous simulation in terms of compositions and temperature profiles inside the column as well as outlet compositions and flowrates of the column.

L’introduction du développement durable apporte de nouvelles préoccupations environnementales au niveau de la construction et de la rénovation résidentielles, une industrie qui représente un marché économique important au Canada. En plus d’engendrer plusieurs impacts sur l’environnement, la conception actuelle ne permet pas d’accommoder le changement initié par l’évolution des pratiques, les avancées technologiques, mais également par l’évolution des patrons de vie des occupants. Dans un premier temps, la revue de littérature dresse le portrait de l’industrie de la construction, rénovation et démolition (CRD) au Canada, ainsi que le profil de gestion des débris de CRD. Ensuite, une analyse documentaire traite de différents outils de conception développés pour améliorer la performance du secteur : 3RV-E, écoconception, écoconstruction et LEED®. De plus, la recension des écrits permet également de cerner les concepts d’adaptabilité et de flexibilité au niveau du bâtiment et dans les approches et mouvements émergents en architecture. Cette démarche nous amène à établir l’hypothèse que l’intégration des critères d’adaptabilité et de flexibilité au niveau du logement aurait pour effet d’améliorer l’adéquation entre les besoins évolutifs des occupants et les nouvelles considérations environnementales. Au niveau méthodologique, l’analyse du cycle de vie simplifiée par l’Eco-indicator99 encadre l’analyse environnementale de l’ossature de trois types de construction de cloison. De cette évaluation, on conclut que c’est la construction traditionnelle à ossature de bois qui produit le moins d’impacts. Dans l’ordre suivant la proposition de construction de cloison à ossature d’aluminium, plus adaptable et flexible, et finalement la construction à ossature d’acier qui est le système le plus dommageable. Par contre, en intégrant le facteur temporel, cette analyse démontre que l’intégration de l’adaptabilité et de la flexibilité procure plusieurs cycles de vie et de rénovation au produit et à ses composantes. Finalement, ces concepts offrent également le potentiel de diminuer les impacts générés par la construction et la rénovation, un constat qui mériterait d’être abordé dans une approche plus systémique. / The introduction of sustainable development brings new environmental concerns on an important Canadian market industry: construction and residential renovation. Not only does the current concept have a considerable impact on the environment, it also can’t follow up with the development of practices, technologies and occupants’ lifestyle. First, a literature review draws a picture of the construction, renovation and demolition industry (CRD) in Canada and it outlines the CRD rubbles management profile. Then a documentary analysis drafts different concept tools that were developed to improve the industry’s performance. They are 3RV-E, ecodesign, sustainable construction and LEED®. The papers review also explores the adaptability and flexibility concepts on the construction sector and on the emerging architectural trend. This approach brings us to the hypothesis that the integration of the adaptability and flexibility criteria to the housing sector will improve the adequacy between the progressive needs of the occupants and the new environmental issues. On a methodological perspective, the simplified lifecycle analysis performed with the Eco-indicator99 overviews the environmental analysis of three types of partition construction. The outcome of this evaluation is that the one with the less environmental impact is the traditional construction with a wooden framework, followed by the construction with an aluminum framework which is adaptable and flexible, and in third place, the construction with a steel framework which is the most harmful to the environment. On the other hand, adding the time factor to this analysis demonstrates that the integration of the adaptability and flexibility criteria brings a number of renovation and life cycles to the product and its components. In the end, these concepts present us with a potential of reducing the impacts of construction and renovation on the environment and that’s an assessment that would need to be approached systematically.

L’introduction du développement durable apporte de nouvelles préoccupations environnementales au niveau de la construction et de la rénovation résidentielles, une industrie qui représente un marché économique important au Canada. En plus d’engendrer plusieurs impacts sur l’environnement, la conception actuelle ne permet pas d’accommoder le changement initié par l’évolution des pratiques, les avancées technologiques, mais également par l’évolution des patrons de vie des occupants. Dans un premier temps, la revue de littérature dresse le portrait de l’industrie de la construction, rénovation et démolition (CRD) au Canada, ainsi que le profil de gestion des débris de CRD. Ensuite, une analyse documentaire traite de différents outils de conception développés pour améliorer la performance du secteur : 3RV-E, écoconception, écoconstruction et LEED®. De plus, la recension des écrits permet également de cerner les concepts d’adaptabilité et de flexibilité au niveau du bâtiment et dans les approches et mouvements émergents en architecture. Cette démarche nous amène à établir l’hypothèse que l’intégration des critères d’adaptabilité et de flexibilité au niveau du logement aurait pour effet d’améliorer l’adéquation entre les besoins évolutifs des occupants et les nouvelles considérations environnementales. Au niveau méthodologique, l’analyse du cycle de vie simplifiée par l’Eco-indicator99 encadre l’analyse environnementale de l’ossature de trois types de construction de cloison. De cette évaluation, on conclut que c’est la construction traditionnelle à ossature de bois qui produit le moins d’impacts. Dans l’ordre suivant la proposition de construction de cloison à ossature d’aluminium, plus adaptable et flexible, et finalement la construction à ossature d’acier qui est le système le plus dommageable. Par contre, en intégrant le facteur temporel, cette analyse démontre que l’intégration de l’adaptabilité et de la flexibilité procure plusieurs cycles de vie et de rénovation au produit et à ses composantes. Finalement, ces concepts offrent également le potentiel de diminuer les impacts générés par la construction et la rénovation, un constat qui mériterait d’être abordé dans une approche plus systémique. / The introduction of sustainable development brings new environmental concerns on an important Canadian market industry: construction and residential renovation. Not only does the current concept have a considerable impact on the environment, it also can’t follow up with the development of practices, technologies and occupants’ lifestyle. First, a literature review draws a picture of the construction, renovation and demolition industry (CRD) in Canada and it outlines the CRD rubbles management profile. Then a documentary analysis drafts different concept tools that were developed to improve the industry’s performance. They are 3RV-E, ecodesign, sustainable construction and LEED®. The papers review also explores the adaptability and flexibility concepts on the construction sector and on the emerging architectural trend. This approach brings us to the hypothesis that the integration of the adaptability and flexibility criteria to the housing sector will improve the adequacy between the progressive needs of the occupants and the new environmental issues. On a methodological perspective, the simplified lifecycle analysis performed with the Eco-indicator99 overviews the environmental analysis of three types of partition construction. The outcome of this evaluation is that the one with the less environmental impact is the traditional construction with a wooden framework, followed by the construction with an aluminum framework which is adaptable and flexible, and in third place, the construction with a steel framework which is the most harmful to the environment. On the other hand, adding the time factor to this analysis demonstrates that the integration of the adaptability and flexibility criteria brings a number of renovation and life cycles to the product and its components. In the end, these concepts present us with a potential of reducing the impacts of construction and renovation on the environment and that’s an assessment that would need to be approached systematically.

Les colonnes à cloison et la distillation réactive présentent de nombreux avantages. Si ces deux concepts sont couplés, cela conduit à un procédé intensifié appelé : colonne à cloison réactive. Ce nouveau procédé intensifié constitue le principal objet d’étude de cette thèse. Dans une première partie, une procédure de design d’une colonne à cloison basée sur le modèle FUGK a été proposée. Dans cette procédure les aspects technologiques et hydrodynamiques sont abordés. Ces paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés pour réaliser une simulation rigoureuse et une optimisation de cette colonne en utilisant le logiciel ProSim. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux et non idéaux ont été utilisés. Il a été montré que cette procédure de design aboutit rapidement aux paramètres de pré design qui permettent d’initialiser de manière satisfaisante la simulation rigoureuse. Dans un second temps, un pilote d’une hauteur de 4m a été conçu, monté et testé au laboratoire. Des résultats expérimentaux ont été obtenus qui valident la procédure sur des mélanges non réactifs en termes de profils de composition et de température ainsi que sur les compositions et les débits de sortie du procédé. Enfin, dans une dernière partie, cette procédure a été adaptée à des mélanges réactifs en combinant les approches de R. Thery et al (2005) et celle de Triantafyllou et al (1992). Ces ultimes développements ont été testés sur la production d’acétate de méthyl par estérification du méthanol par l’acide acétique à la fois d’un de vue expérimental et théorique. / Divided wall column and reactive distillation have many advantages. If a divided wall column and a reactive distillation are integrated, they leads to a higher integrated process is a reactive divided wall column. However reactive divided wall column has still a new research area. First of all, the thesis proposed a procedure for design of divided wall column, which based on the FUGK model. Both technological and hydrodynamic aspects in the divided wall column are considered in the procedure. Design parameters are then provided to the rigorous simulation and optimization in the ProSimplus software. In order to test this procedure, both ideal and non-ideal ternary mixtures are chosen to be separated in a divided wall column. The results show that the procedure can determine parameters quickly in the case studies and can give a good initialization for rigorous simulation. Secondly, a pilot plant has been design, built and operated in our laboratory (LGC, Toulouse, France, 2013). The pilot plant will provide necessary experimental evidence to validate the previous procedure. Ternary mixture and four-component mixture of alcohols have been used in our pilot plant in steady state conditions. The results show that the composition of products, composition and temperature profile along the column are in very good agreement with simulation results. Finally, a conceptual design method for reactive divided wall column is presented. The pre-design method of R. Thery et al., (2005) and a modified shortcut method for reactive divided wall column that is based on the classical shortcut adapted to a non-reactive divided wall column by C. Triantafyllou and R. Smith (1992) are applied. To verify, simulation and experiment are considered. The methodology has been illustrated for the synthesis of Methyl Acetate from Methanol and Acetic Acid.

Dans cette recherche est étudié le comportement mécanique des ouvrages en plaques de plâtre sur ossature métallique. Cette étude est basée sur une analyse par la méthode des éléments finis, et a nécessité le développement de deux modules spécifiques intégrés au code de calcul "MARC". L'alimentation du modèle en paramètres a nécessité une étude expérimentale importante. Les constituants de plaque de plâtre (cartons et plâtre) présentent des caractéristiques différentes entre leur état vierge et après passage par le processus de fabrication. Une stratégie d'identification globale pour la plaque composite a été adoptée, elle consiste à la considérer comme un matériau homogène équivalent et par conséquent le développement d'un modèle spécifique de plasticité généralisée "GENSTR" pour traiter la non linéarité matérielle. La prise en compte des problèmes de conditions aux limites variables introduites d'une part par les assemblages vissés, et d'autre part par les phénomènes de contact et frottement aux interfaces "plaques-montants", a été effectuée en les modélisant par des ressorts qui intègrent les relations spécifiques ainsi que des conditions de pénalisation. Ceci a nécessité le développement d'un deuxième module nommé "USPRING". L'ensemble de ces approches constitue un modèle adéquat pour simuler le comportement mécanique des cloisons en plaques de plâtre. Une validation du modèle a été effectuée en confrontant les résultats du calcul aux résultats expérimentaux, cette confrontation a donné une concordance assez satisfaisante. Ce travail servira de base à la proposition de méthodes de dimensionnement simplifiées pour ce type d'ouvrages et autres ouvrages similaires (contre-murs, plafonds suspendus...) en plaques de plâtre.