Thèse de doctorat : Mécanique : Mécanique-Productique : Metz : 2006. / Thèse soutenue sur ensemble de travaux. Bibliogr. p. 53, 96, 140, 171.

L'idée de mettre en place un simulateur relativement général de la partie mécanique de l'usinage à l'échelle macroscopique est à l'origine de ce travail. Deux thèses déjà soutenues au LMSP se sont principalement heurtées à la robustesse de l'algorithme d'intersection nécessaire pour obtenir la surface usinée. Ce travail a eu pour principal objectif de repenser la méthode de calcul de l'intersection des modèles B-Rep de l'outil et de la pièce.<br />Le premier objectif a alors été de revenir à un cas simple : le tournage en coupe orthogonale. Ceci a permis de vérifier à nouveau la pertinence de notre démarche et de commencer l'analyse des algorithmes d'intersection par celle d'un cas simplifié. Un simulateur spécifique a été mis en place et des comparaisons avec des résultats expérimentaux sont montrées.<br />Le second objectif a été d'améliorer l'algorithme d'intersection dans le cas tridimensionnel en reprenant complètement les points de vue adoptés dans les travaux précédents du LMSP. Le travail d'intersection est maintenant effectué dans une configuration de référence matérielle de la pièce. Ceci, combiné à une analyse autorisant l'auto-intersection d'un modèle B-Rep, améliore la robustesse générale de l'algorithme. Les développements correspondants à ce travail ont été intégrés dans le logiciel Nessy du LMSP.

L'objet des travaux de recherche porte sur l'étude et la modélisation des efforts de coupe en fraisage de matériaux durs. La connaissance des efforts de coupe, ainsi que leurs évolutions au cours du temps, sont des signatures utiles à l'optimisation et au suivi du procédé d'usinage. La prédiction de l'évolution temporelle des efforts de coupe peut permettre d'optimiser la géométrie des outils lors de leur conception, ou de mieux adapter les conditions de coupe et la machine utilisée à l'opération d'usinage envisagée; ceci dans le but de minimiser le niveau d'effort ou de le stabiliser, et ainsi d'éviter les pics d'efforts importants néfastes à la tenue de l'outil et aux capacités de la machine. La connaissance des efforts de coupe favoriserait également l'optimisation des trajectoires d'outils au sein d'un logiciel de FAO par exemple.Cette étude vise donc à améliorer la procédure de qualification d'un outil pour l'usinage d'un matériau donné, en considérant comme point de départ la géométrie locale de l'arête coupante, et en "remontant" ensuite à la géométrie globale de l'outil ou de la famille d'outils considérée. Cette méthode présente l'avantage de pouvoir être adaptée à toutes les formes globales d'outils, notamment dans le cas de fraises à géométrie complexe. Seule la définition de l'arête coupante doit être conservée pour appliquer la procédure à plusieurs outils de la même famille. Enfin, cette étude est rendue possible en Usinage Grande Vitesse par la mise au point d'un capteur dynamométrique à compensation inertielle permettant l'obtention de signaux de bonne qualité à haute fréquence.

Il est admis que les coûts de récolte d'une coupe partielle sont plus importants que la coupe totale ou la coupe avec protection de la régénération et des sols (CPRS). Cette prémisse limite certainement la pratique de la coupe partielle en forêt boréale et empêche l'obtention des avantages d'une foresterie plus fine qui répondrait à des objectifs de conservation tout en réduisant les coûts de récolte. Afin de tenir compte des variantes de la coupe partielle et de l'intégration de la rétention des attributs dans les blocs de récolte, des ajustements au calcul des coûts de récolte ont été proposés. Ceci implique de considérer différents éléments tels que la distribution des volumes dans les blocs de récolte, le prélèvement variable, la distribution et la position des obstacles et l'influence de ces variables sur la distance de débardage. Ces éléments spatiaux et structuraux associés aux coupes partielles peuvent devenir très complexes, dépendamment des objectifs de la rétention variable, et avoir pour conséquence une estimation des coûts très onéreuse. Nous avons réalisé l'étude à partir des données issues du Réseau de coupes partielles de l'Abitibi (RCPA). Les sites sont situés au sud de Rouyn-Noranda et au nord de La Sarre. Les traitements sylvicoles appliqués ont été la coupe avec protection de la régénération et des sols (CPRS), la coupe avec protection des petites tiges marchandes (CPPTM) et/ou la coupe partielle à rétention variable (CPRV). Les variables telles que la distance de débardage, la distribution du volume et les coûts de récolte ont été analysées. D'abord, la distance de débardage a été estimée et comparée selon trois méthodes : la numérisation des sentiers de débardage sur les photos aériennes après récolte, le format raster et la méthode traditionnelle. L'analyse a permis de déterminer que les méthodes sont comparables, mais que la méthode raster est plus efficace pour intégrer la distribution et le prélèvement variable dans le contexte de coupes partielles. L'analyse des volumes du réseau RCPA a démontré que les volumes ne se distribuaient pas de façon homogène à l'intérieur des blocs de récolte comme prévu dans l'ensemble des modèles d'estimation des coûts. En effet, 67,71% de la variation du volume s'explique par la variation à l'intérieur des blocs. Alors, afin d'intégrer cette variabilité, nous avons incorporé la distribution du volume dans les blocs de récolte selon deux méthodes d'assignation. Cette incorporation a été réalisée à partir du volume obtenu des placettes d'échantillon permanentes, assignés selon la photo-interprétation ou la méthode d'interpolation de Thiessen, afin d'obtenir un volume pondéré par leur zone d'influence. Nos résultats ont montré qu'il n'y avait pas de différence significative entre les méthodes d'assignation. Ensuite, la distance raster et l'assignation des volumes avec l'interpolation de Thiessen ont été combinées afin d'ajuster la distance de débardage qui tient compte de la forme et de la distribution du volume dans les blocs de récolte. Les résultats de cette analyse combinée ont montré que la distance de débardage était sensible aux changements de la distribution et du taux de prélèvement. Ainsi, l'analyse de la distance de débardage combinée a été intégrée à l'estimation des coûts de débardage et des coûts de récolte forestière. Les coûts de débardage ($/m3) des secteurs d'étude varient de l'ordre de 10% en CPRS selon la distance de débardage utilisée et peuvent varier d'environ 15% en CPPTM si les éléments de rétention sont bien identifiés. L'estimation de distance de débardage combinée a été incorporée à la création de modèles simulés de récolte considérant différentes positions et concentrations du volume à l'intérieur d'un bloc de récolte, ainsi que différents pourcentages et configurations de la rétention, pour un bloc de forme régulière, de 500 mètres de profondeur et de taille moyenne de 62 ha. Nos résultats montrent que la distance de débardage considérant tous ces éléments (volume, position, rétention) peut varier considérablement. La variation majeure s’est observée lorsque s’est réalisé une rétention agglomérée de 40%. La position de la rétention a affecté davantage la distance de débardage si elle est disposée dans les 250 mètres les plus proches du chemin. La variation de la distance de débardage selon la position et la concentration du volume, ainsi que la configuration et le pourcentage de rétention affecteront aussi le type de machine de débardage à utiliser. Ainsi, il a été possible d'observer une variation maximale des coûts d'opération de l'ordre de 5$/m3 pour un débardeur à grappin, 3$/m3 pour un semi-porteur, 2$/m3 pour un débardeur à câble et 2$/m3 pour un porteur. Finalement, notre proposition d'estimation de la distance de débardage combinée permet de manière explicite l'incorporation des éléments de rétention spatiale (forme, taille et volume) et le prélèvement variable à priori dans la planification de la récolte. Ainsi, dans un contexte de coupe partielle, la nouvelle estimation de la distance de débardage permettrait d'atteindre les objectifs de structure et de composition d'un aménagement forestier écosystémique, tout en tenant compte des conséquences économiques de cette pratique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Coupe partielle, rétention variable, distance de débardage, coût de récolte, modélisation spatiale, productivité des opérations, aménagement écosystémique.

Le tremble est une espèce pionnière qui joue un rôle important dans la reprise forestière après perturbation puisqu'il se reproduit très efficacement. En effet, le tremble produit beaucoup de graines et peut se reproduire localement par le drageonnement de racines. Plusieurs études réalisées en forêt boréale mixte ont démontré que, comparé à la coupe avec protection de la régénération et des sols (CPRS), les coupes partielles peuvent limiter le retour massif des trembles. Le but de cette étude est de vérifier si la coupe partielle peut limiter le retour du tremble en peuplement résineux parsemé de trembles. Dans notre traitement de coupe partielle, tous les trembles ont été prélevés ainsi que 33 à 75% de la surface terrière totale. La CPRS était le traitement de référence. Dans les parcelles expérimentales, la régénération ligneuse a été quantifiée par espèce. De plus, les tiges mères de tremble étaient cartographiées et les sentiers ont été localisés à l'intérieur des parcelles expérimentales. Bien qu'à court terme (2 ans après coupe) le traitement n'avait pas d'effet sur la régénération de tremble, à moyen terme (6 ans après coupe), la coupe partielle défavorisait la régénération de tremble relativement à la CPRS. La distribution spatiale de la régénération de tremble dans les parterres de CPRS était beaucoup plus uniforme qu'en coupe partielle où elle était plus clairement agglomérée près des souches de tiges mères de tremble. Ceci laisse supposer que la régénération du tremble par graine est importante dans les CPRS, plus que dans les coupes partielles où les conditions environnementales sont moins favorables à l'établissement et la survie de semis. À moyen terme, la régénération de tremble avait tendance à coloniser les sentiers de débardage, particulièrement en CPRS. Les densités de régénération de tremble étaient très faibles dans nos sites comparées aux sites de forêt mixte (autres études). Nous supposons que bien que le risque d'envahissement par le tremble soit faible en forêt résineuse l'érosion graduelle de la vocation résineuse de ces peuplements mérite d'être évaluée en relation avec le traitement sylvicole. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : peuplier faux-tremble, CPRS, coupe partielle, analyse spatiale, forêt boréale résineuse

De par la grande diversité de tissus existants, tous avec des caractéristiques mécaniques différentes, il n’y a que peu d’études portant sur la découpe de tissus textiles.Cette thèse s’intéresse à la découpe de textile en multi-plis par l’action d’une lame oscillante dans un contexte industriel.Dans cette étude, une machine de découpe industrielle est équipée de différents capteurs afin de pouvoir mesurer l’influence des efforts de coupe sur la qualité des pièces découpées. En utilisant cet équipement, il a été possible de contrôler les efforts de coupe pendant toute la durée d’une coupe rectiligne.Enfin, un modèle physique de ces efforts est proposé en prenant en compte différents paramètres comme la géométrie de la lame, les propriétés du matériau découpé et les différents paramètres de coupe. / Due to the wide variety of fabrics, all with different mechanical characteristics, there are few studies dealing with the question of cutting fabrics.In this thesis, we model the multi-ply cutting process using a reciprocating knife in an industrial context.In this study, a textile cutting machine is instrumented with different sensors, to measure the influence of cutting forces on the quality of the resulting profiles. Using this equipment, cutting forces can be analyzed experimentally while the fabric is being cut along a straight line.Next, a model of the physical phenomena of these forces is proposed, taking different parameters into account such as the geometry of the knife, the properties of the material being cut and the parameters of the cut.

Le procédé de déroulage est un procédé de coupe orthogonale du bois vert dont l'arête de coupe est parallèle à la fibre et dont la valeur ajouté est apportée au copeau. L'enjeu actuel est de d'augmenter la déroulabilité du Douglas français ainsi que de déterminer celle des bois guyanais tout en évitant de trop lourdes expérimentations. Une modélisation de ce procédé est donc nécessaire. Le noeud scientifique est la loi de comportement du bois durant le déroulage, comme ce procédé est caractérisé par une grande vitesse de déformation et d'importantes et complexes déformations mêlant cisaillement et compression. Afin comprendre les phénomènes physiques mis en jeux, nous avons réalisé plus de 700 essais quasistatiques de traction, compression et torsion avec différents types de chargement. Nous avons aussi réalisé une centaine d'essais de déroulage sur une micro-dérouleuse instrumentée à laquelle nous avons ajouté des mesures de températures. Nous proposons une modélisation analytique adaptée à la description des régimes continus de coupe. La description de la zone de déformation est lagrangienne et la résolution se fait par les puissances mises en jeu. Nous proposons une loi de comportement hyper-élastique isotrope compressible de Rivlin généralisée d'ordre 4 dont nous avons déterminé la forme grâce aux essais quasi-statiques et les coefficients grâce à une résolution de problématique inverse de Levemberg-Marquardt afin de tenir compte de la vitesse de déformation. Pour la première fois, l'angle d'inclinaison de la zone de déformation prédit correspond aux observations expérimentales. De plus, au moins 75% des efforts calculés sont à moins de 15% des efforts expérimentaux.

Il existe une préoccupation environnementale croissante au sein de la société concernant le maintien de la biodiversité dans les forêts, qui se traduit par de nouvelles techniques de gestion forestière qui imitent les perturbations naturelles, spécialement le feu. Dans la plupart des provinces canadiennes, l'approche préconisée est la rétention d'arbres vivants dans les parterres de coupe. Au Québec, même si la législation forestière prévoit dans certains cas la rétention d'arbres vivants, ceci n'est pas intégré à des techniques sylvicoles spécifiques. Notre but a été d'étudier, les groupes d'arbres résiduels après feux et la rétention dans les coupes totales dans la forêt boréale mixte de deux régions: la Mauricie et l'Abitibi-Témisçamingue. L'étude a compris une analyse stéréoscopique de photographies aériennes, et une analyse informatisée utilisant le logiciel ArcView GIS 9.1. Les résultats montrent que la quantité totale de groupes résiduels et la quantité de résiduels qui se trouvent à proximité de plans d'eau est significativement plus grande dans les coupes que dans les superficies brûlées. La proportion de forêt résiduelle varie entre 7,3% et 19,1% après les feux et de 25% à 40% dans les coupes. Dans les superficies brûlées la taille moyenne des groupes résiduels est plus petite que celle de la rétention dans les coupes. Les plans d'eau sont un facteur important pour les groupes résiduels dans les coupes, où environ la moitié de la rétention se concentre à 200 m d'un plan d'eau. Par contre, dans les feux, la quantité de résiduels à 100 m et à 200 m d'un plan d'eau varie beaucoup d'un feu à l'autre. Ces deux indicateurs suggèrent une distribution uniforme des groupes résiduels riverains à l'intérieur du feu et une tendance de la rétention à se concentrer à moins de 100 m de l'eau dans les coupes. La forme des groupes résiduels est plutôt allongée dans les coupes et plus circulaire après feux. Pour une lisière de 10 m de large, la quantité de forêt intérieure est similaire entre les perturbations, malgré une quantité totale de résiduels plus grande après feux que dans les coupes. Nos résultats suggèrent que même si quantitativement il y a plus de rétention dans les coupes avec protection de la régénération et des sols (CPRS) qu'après les incendies de forêt, suite à des différences importantes entre les feux et les coupes, il n'est pas souhaitable de diminuer significativement la quantité de la rétention comparativement au niveau actuel. Nous espérons pouvoir contribuer au développement de nouvelles techniques de gestion forestière ayant comme modèle les feux de forêt dans le but de préserver la biodiversité dans la forêt boréale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Groupe résiduel, Agglomération de coupes, Photographie aérienne, Stéréoscope, Couche ArcView.

Afin de reproduire les perturbations naturelles de la forêt boréale, il devient de plus en plus admis que l'aménagement forestier doive comporter davantage de coupes partielles. Au Québec, l'éclaircie commerciale (EC) est la coupe partielle qui est la plus représentée en forêt résineuse. Bien que l'EC soit considérablement présente dans le paysage forestier québécois, ses impacts sur la faune sont encore méconnus. En forêt boréale, le lièvre d'Amérique (Lepus americanus) sert régulièrement d'indicateur dans la mesure des impacts des travaux forestiers sur la faune, car cet animal est reconnu pour être une espèce clé des écosystèmes forestiers. Puisqu'elle cause une ouverture de la canopée, l'éclaircie commerciale (EC) entraîne une augmentation de la luminosité au sol, ce qui pourrait avoir comme effet de favoriser la croissance de la régénération qui, serait bénéfique au lièvre. La présente étude vise donc à évaluer l'impact à moyen et à long terme des EC sur l'habitat du lièvre et à valider s'il y a un rétablissement de la qualité d'habitat dans le temps. Pour ce faire, nous avons modélisé les indices de présence (crottins et pistes hivernales) selon des paramètres d'habitat connus pour avoir une influence sur la présence de lièvre (couvert latéral, couvert vertical, densité de tiges feuillues). Les 20 sites éclaircis entre 1989 et 1999 et les 12 sites témoins étaient des peuplements dominés par l'épinette noire et se situaient tous dans un rayon de 100 km d'Amos, en Abitibi-Témiscamingue. Une approche par sélection de modèles nous a permis de constater que le couvert latéral influence de façon prédominante l'utilisation des sites par le lièvre d'Amérique. Cependant, les sites éclaircis ont un couvert latéral moyen inférieur à celui des sites non traités, ce qui fait d'eux des habitats de moindre qualité pour le lièvre. Les analyses ont également permis de démontrer que l'utilisation des EC par le lièvre augmente avec le nombre d'années depuis le traitement. Entre 14 à 20 ans seraient nécessaires pour que les sites éclaircis soient utilisés de façon similaire aux sites témoins non traités. Puisque les EC conventionnelles sont suivis d'une coupe totale en moyenne 15 ans après le traitement, l'utilisation des EC dans un but d'aménagement faune-forêt devrait être reconsidérée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Coupe partielle, Éclaircie commerciale, Forêt boréale, Habitat, Lepus americanus, Lièvre d'Amérique, Québec, Sélection d'habitat.

Récemment, il y a eu une augmentation de l'intérêt pour des pratiques forestières inspirées de la dynamique des perturbations naturelles. Plusieurs études ont comparé les effets des coupes totales avec les feux de forêt dans le but de réduire l'écart entre les forêts aménagées et les forêts perturbées par les perturbations naturelles. Par contre, très peu d'études ont évalué les différences entre les coupes partielles et les perturbations partielles en forêt naturelle. L'objectif principal de cette étude était donc de comparer des coupes partielles (coupe de succession (CS) et coupe avec protection des petites tiges marchandes (CPPTM)) avec des peuplements affectés par des perturbations secondaires comme les chablis et les épidémies de livrée des forêts. Dans ce contexte, le présent projet porte sur les effets de différentes perturbations sur 1) la composition des strates de régénération, 2) la diversité structurelle (distribution diamétrale des tiges résiduelles vivantes, surface terrière des chicots et volume de bois mort au sol) et finalement 3) la réponse de croissance de la régénération avancée et des différentes espèces d'arbre selon leur statut social (dominant vs dominée). Dans les sites de coupe partielle, l'augmentation rapide de la lumière et la destruction de la strate de régénération dans les sentiers ont favorisé l'installation de densités plus élevées d'espèces intolérantes à l'ombre (surtout le peuplier faux-tremble) comparativement aux sites affectés par les perturbations secondaires naturelles. Par contre, la protection de la régénération avancée dans les bandes résiduelles a permis aux coupes partielles de maintenir des densités similaires d'espèces tolérantes à l'ombre (surtout le sapin baumier) dans tous les sites. Suite aux coupes partielles, il y a donc un retour à des compositions similaires à celles avant la coupe tandis que dans les sites affectés par les perturbations secondaires naturelles il y a une augmentation de la proportion des espèces tolérantes à l'ombre. Les coupes partielles ont réussi à maintenir plusieurs attributs de diversité structurelle similaires aux peuplements affectés par les perturbations secondaires naturelles. Premièrement, toutes les perturbations ont maintenu des tiges résiduelles vivantes d'une large gamme de grandeur malgré que les coupes partielles aient conservé moins de tiges de plus de 30 cm de diamètre. Les coupes partielles ont également su maintenir des surfaces terrières d'arbre mort debout et des volumes de bois mort au sol comparable aux sites affectés par les perturbations secondaires. Par contre, les CPPTM ont maintenu très peu de chicots et de tiges résiduelles vivantes de bouleau et de peuplier, deux espèces importantes pour la nidification de la faune cavicole. Suites aux différentes perturbations, la croissance radiale de la régénération avancée a augmenté de façon similaire suite aux différentes perturbations malgré qu'un délai de croissances (2 ans) soit observé uniquement dans les CPPTM. Suite aux coupes partielles, toutes les espèces d'arbres ont eu des augmentations de croissance tandis que dans les peuplements naturels affectés par les perturbations secondaires, les réponses de croissance étaient semblables à celles des sites témoins. Les tiges résiduelles de sapin baumier et d'épinette blanche ont subi les augmentations de croissance les plus élevées et les plus rapides (délai de 2 ans) tandis que les tiges d'épinette noire et de pin blanc ont eu des augmentations moins importantes. Cette étude a donc démontré que les coupes partielles peuvent être utilisées dans le but de maintenir des forêts mixtes en stade intermédiaire de succession. De plus, les coupes partielles peuvent répondre à plusieurs objectifs d'aménagement autant au niveau du maintien de la structure des peuplements, un attribut important pour la biodiversité, qu'au niveau de la production ligneuse. Donc dans les peuplements mixtes, les coupes partielles devraient être considérées comme une alternative aux coupes totales ou aux CPRS traditionnelles sur une portion du territoire. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Perturbations partielles, coupes partielles, forêts mixtes, chablis, épidémie d'insectes.