L'installation de l'armature de cisaillement dans les poutres en béton armé est souvent onéreuse et complexe. De plus, la fragilité de la rupture en cisaillement en fait un danger pour la sécurité du public. L'utilisation d'un béton renforcé de fibres (BRF) s'avère être une alternative intéressante pour fournir une résistance en cisaillement suffisante et éviter ce mode de rupture. Suite aux diverses études réalisées dans le passé par les chercheurs, certains points restent à analyser concernant les poutres en BRF. En effet, la majorité des études ont porté sur des poutres de petites tailles faites de béton renforcé de fibres d'acier. Il faut donc approfondir l'effet d'échelle et l'utilisation de fibres synthétiques. Des essais à la rupture en quatre points sur trois séries de poutres de tailles différentes (150x250x2200mm, 300x500x4400mm, 300x800x7100mm) ont été réalisées à l'Université de Sherbrooke par Tran [2009], Nguyen [2006] et Lavictoire [2010]. Le présent projet de recherche s'inscrit à la suite de leurs projets et consiste à compléter les essais déjà réalisés afin d'étudier l'effet d'échelle en présence de fibres. L'objectif est également d'analyser et de comparer l'apport des fibres utilisées (synthétiques et crochetées en acier) sur la résistance à l'effort tranchant des poutres en BRF. Des essais à la rupture ont été réalisés sur huit poutres dans le but de posséder des résultats pour des poutres avec les renforts en cisaillement suivant : aucun renfort, minimum d'étriers selon la norme CSA A23.3-04, taux volumiques de 0.5% et 1.0% de fibres d'acier et synthétiques. Parallèlement, des essais de caractérisation du comportement post-fissuration des BRF ont été réalisés conformément à la norme ASTM C1609/C1609M-10. Les résultats montrent que malgré une augmentation significative de la résistance à l'effort tranchant, les fibres ne parviennent pas à enrayer l'effet d'échelle. De plus, les deux types de fibre utilisés ont permis d'obtenir des résistances semblables avec un taux volumique de 0.5%. Alors qu'un taux de 1.0% de fibres d'acier a permis d'atteindre des résistances comparables aux poutres avec le minimum d'étriers selon la norme, l'utilisation de 1.0% de fibres synthétiques n'a pas eu d'effet notable comparativement à 0.5%. Les fibres ont également permis de retarder l'apparition des fissures diagonales et d'en réduire l'ouverture en comparaison aux poutres sans renfort en cisaillement sous chargement équivalent. Elles ont par ailleurs provoqué une augmentation de la rigidité des spécimens. Des tentatives d'estimation de la résistance en cisaillement des sept poutres en BRF du programme expérimental ont été réalisées en utilisant différentes valeurs de résistance post-fissuration obtenues par l'essai ASTM C1609/C1609M-10. Les données récoltées avec ce projet étant insuffisantes, davantage de recherches sont nécessaires afin de déterminer une équation de design adaptée aux poutres de BRF et un paramètre de résistance post-fissuration adéquat.

La microbiologie est la science qui s'attache à l'étude des microorganismes et de leurs propriétés. Depuis ses débuts au XV II siècle, les méthodes développées par les microbiologistes ont permis de révéler un énorme potentiel de connaissances et d'applications. Dans les dernières décennies, les industriels ont vu un intérêt tout particulier dans ce domaine d'étude. Le besoin de prévenir les contaminations en inhibant le développement microbien, ou au contraire la volonté de l'optimiser pour profiter des capacités de transformations chimiques des microorganismes a fait naître une demande croissante de tests microbiologiques. Le faible rendement des méthodes traditionnelles ne permettant pas de satisfaire à cette demande, la recherche de nouvelles méthodes de test focalise les intérêts. Les outils fluidiques miniaturisés ont d'ores et déjà fait preuve de leur potentiel pour ce type d'application, bien que leur validation vis-à-vis des méthodes classiques manque souvent.Dans ce travail de thèse, nous avons développé des incubateurs miniaturisés et des méthodes de suivi de populations de microorganismes optimisés. L'objectif est d'aborder l'impact de la réduction d'échelle d'incubation sur la croissance par rapport aux dispositifs de culture traditionnel, pour ensuite aboutir à un outil haut-débit pour la caractérisation de biocides. / Microbiology is the part of science linked with the study of microorganisms and their properties. Since its beginnings in the XV IIth century, the methods developped by the microbiologists revealed a huge potential of knowledge and applications.In the last decades, industrials realized the interests of this study areaThe need to prevent contaminations by inhibiting microbial development, or on the contrary the will to improve it to enjoy the chemical transformations capacities of the microorganisms gave birth to an increasing demand for microbiological tests. The poor yield of traditionnal methods does not allow to satisfy this need, and the search for new test methods is thus focalizing interests. Miniaturized fluidic tools have already proven their potential for this kind of applications, and yet, their validation towards traditionnal methods often lacks.In this work, we aim at developping miniaturized cultivation techniques and optimized growth analysis methods, to study the scale reduction impact of incubator's size on growth, in order to end up with a high-throughput tool for biocide caracterization.

La présence de distorsions inévitables fait que les méthodes classiques de réduction d'échelle<br />sont inexploitables pour la prédiction du comportement non-linéaire de structures en<br />composite stratifié. Dans un premier temps, une nouvelle méthode capable de tenir compte<br />des effets d'échelle est développée en s'appuyant sur l'exemple d'absorbeurs d'énergie en<br />verre E / époxy sollicités en compression axiale statique. Dans un second temps, une étude<br />fréquentielle est réalisée de façon à étendre cette méthode aux sollicitations en dynamique<br />rapide. Des comparaisons avec les résultats issus de la similitude de Cauchy mettent en<br />évidence un gain important en terme de précision des prédictions des paliers d'effort. Enfin,<br />une modélisation par éléments finis est réalisée afin d'étudier les différents phénomènes qui<br />se produisent lors du crash et de tester l'utilisation de la similitude indirecte. Ce modèle<br />numérique permet de préciser les causes de l'effet d'échelle détecté précédemment.

Il a été observé expérimentalement, dans la littérature, que la résistance du béton léger de polystyrène, à densité égale, diminue sensiblement lorsqu'on augmente la taille Ø des inclusions légères. L'objectif de cette thèse est l'identification de l'origine physique ainsi que la modélisation de cet effet de taille. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les mécanismes de rupture et l'effet de taille dans un béton léger modèle 2D où les billes de polystyrène sont remplacées par des trous de même taille distribués dans une matrice cimentaire homogène. Dans la deuxième partie de ce travail, une étude expérimentale a été conduite sur trois types de béton de polystyrène renfermant trois tailles différentes de billes et présentant des densités allant de 1200kg/m3 à 2000kg/m3. En outre, pour s'assurer que la taille du Volume Elémentaire Représentatif (VER) pour la résistance en compression du béton de polystyrène est atteinte, des éprouvettes homothétiques ont été testées. L'effet de la taille des hétérogénéités de la matrice (grains du sable) a été aussi étudié en testant trois types de matrice cimentaire. Les résultats de cette étude ont confirmé la présence d'un effet de taille, mais aussi une interaction antagoniste avec l'effet de la taille maximale lm des hétérogénéités de la matrice. Une démarche phénoménologique, basée sur l'analyse des mécanismes de ruine observés expérimentalement dans le béton de polystyrène a été suivie pour expliquer l'effet de taille et identifier la loi le régissant. Enfin, une étude numérique 2D de cet effet de taille a été conduite sur un réseau de barres, en se basant sur la théorie des équivalences.

Le ressuage des bétons hydrauliques correspond à l'apparition d'une pellicule d'eau claire à la surface du béton, dans les premières heures après le coulage. Le niveau de ressuage obtenu conditionne la qualité du matériau à l'état frais (pompabilité, cassures du béton frais, auto-cure, portance à court terme...) comme à l'état durci (résistance, durabilité, aspect du parement).<br />Le travail présenté dans ce document a pour objectif de comprendre le phénomène, de le modéliser et de le relier à la formulation du matériau. Toutefois, l'effet de paramètres extérieurs à la formulation a aussi été étudié (effet d'échelle, température, qualité du malaxage). Ces études ont nécessité le développement d'un protocole expérimental de mesure du ressuage. Celui-ci consiste à prélever l'eau ressuée dans des sillons préalablement tracés à la surface du béton. Ce protocole a été validé par des essais de répétabilité.<br />Il apparaît que le ressuage correspond à une consolidation du matériau granulaire sous son poids propre. Une amélioration de la modélisation de ce phénomène décrit par TOORMAN est proposée, prenant en compte la diminution dans le temps de la compressibilité du squelette granulaire. Cette prise en compte permet une description correcte des effets d'échelle rencontrés sur l'amplitude du phénomène. D'un autre côté, la compressibilité du squelette granulaire est appréhendée par la mise au point d'un oedomètre-perméamètre.<br />En revanche, concernant le débit initial d'eau ressuée, aucun effet d'échelle n'est relevé sauf dans le cas de formation de chenaux verticaux d'écoulement. Une adaptation du modèle de KOZENY-CARMAN est proposée pour la prévision de ce débit. Le modèle est alors validé sur 53 formules contenant principalement des bétons et des mortiers. Il pourra constituer dans l'avenir un outil intéressant pour la formulation de béton.

L'absence de structure cristalline dans les verres métalliques tendrait à suggérer qu'aucun effet d'échelle sur leur comportement mécanique ne pourrait exister. Cependant, la diminution de la taille des éprouvettes de verre métallique, principalement solliciter en micro-compression sur des micro-pilliers usiné au FIB à partir de BMG révèlent une transition entre des mécanismes de déformation localisés dans des bandes de cisaillement pour des échelles supérieures à 400 nm et des mécanismes qui présentent des déformations homogènes en dessous de 400 nm. Des interrogations demeurent cependant sur l'impact des procédés d'élaboration des échantillons. Dans cette thèse, on s'intéresse à une autre voie de caractérisation des effets d'échelle sur le comportement mécanique des verres métalliques par l'élaboration et la caractérisation d'éprouvettes obtenues par des procédés de microélectronique dans des films minces de verre métallique de différentes épaisseurs, sans recours à de l'usinage FIB. La structure amorphe et la composition des dépôts réalisés par MS-PVD ont été confirmées par des analyses DRX et MET. L'homogénéité des dépôts entre les différentes épaisseurs a été confirmée par l'invariance du module de Young et du module de cisaillement déterminé par diffusion Brillouin sur chaque épaisseur. Des mesures de nano indentation ont cependant révélé une diminution de la dureté, une augmentation du module de compressibilité et du coefficient de Poisson avec l'augmentation de l'épaisseur des films. L'observation des déformations d'éprouvettes de flexion et des empreintes en nano indentation confirme l'existence d'une taille critique d'éprouvette. Les relations entre les différentes propriétés mécaniques et les observations sur les effets d'échelle sont discutées à partir du modèle des STZ et d'une loi de comportement élasto-plastique parfaite pour toutes les épaisseurs.

L'absence de structure cristalline dans les verres métalliques tendrait à suggérer qu'aucun effet d'échelle sur leur comportement mécanique ne pourrait exister. Cependant, la diminution de la taille des éprouvettes de verre métallique, principalement solliciter en micro-compression sur des micro-pilliers usiné au FIB à partir de BMG révèlent une transition entre des mécanismes de déformation localisés dans des bandes de cisaillement pour des échelles supérieures à 400 nm et des mécanismes qui présentent des déformations homogènes en dessous de 400 nm. Des interrogations demeurent cependant sur l'impact des procédés d'élaboration des échantillons. Dans cette thèse, on s'intéresse à une autre voie de caractérisation des effets d'échelle sur le comportement mécanique des verres métalliques par l'élaboration et la caractérisation d'éprouvettes obtenues par des procédés de microélectronique dans des films minces de verre métallique de différentes épaisseurs, sans recours à de l'usinage FIB. La structure amorphe et la composition des dépôts réalisés par MS-PVD ont été confirmées par des analyses DRX et MET. L'homogénéité des dépôts entre les différentes épaisseurs a été confirmée par l'invariance du module de Young et du module de cisaillement déterminé par diffusion Brillouin sur chaque épaisseur. Des mesures de nano indentation ont cependant révélé une diminution de la dureté, une augmentation du module de compressibilité et du coefficient de Poisson avec l'augmentation de l'épaisseur des films. L'observation des déformations d'éprouvettes de flexion et des empreintes en nano indentation confirme l'existence d'une taille critique d'éprouvette. Les relations entre les différentes propriétés mécaniques et les observations sur les effets d'échelle sont discutées à partir du modèle des STZ et d'une loi de comportement élasto-plastique parfaite pour toutes les épaisseurs. / The lack of cristalline structure in metallic glasses suggests that no mechanical size effect could be expected. However, if the sample size decreases, a transition around 400 nm in size between deformations localized in shear band and homogeneous deformations was observed mainly on micropillars machined by FIB. But there are still a few questions which remained unanswered on elaboration process and their influence on amorphous structure with the size decreasing. This thesis deals with on a new way to characterize the size effect on the mechanical behaviour of metallic glasses. Metallic glasses thin films were elaborated by MS-PVD and mechanical samples were designed thanks to microelectronic process. Homogeneity of the amorphous structure and of the composition were determined by XRD and TEM. Elastic constant such as Young modulus and shear modulus obtained by Brillouin scattering analysis are also steady whatever the thicknesses. Nevertheless, nano indentation measures showed that Poisson ratio and Bulk modulus increase when the thin films thicknesses increase. Deformations observed on nano bending sample and imprints in nano indentation show also a transition between homogeneous deformation and deformations with shear bands. The origins of these transitions between the mechanical properties are discussed from a elastic perfectly plastic model and the Shear Transition Zone model.

Le cadre général de l'étude concerne la tenue en fluage long-terme de mousses polyuréthane utilisées dans la paroi de cuves de méthaniers. Le comportement mécanique en compression monotone, fluage sous faible contrainte et analyse mécanique dynamique (DMA), a donc été caractérisé jusqu'aux températures cryogéniques (-170°C) sur mousses polyuréthanes renforcées ou non par du mat de fibres de verre. Le premier objectif était de caractériser la réponse et les mécanismes activés à basse température. L'endommagement induit par le fort refroidissement des échantillons affecte les tout premiers stades de déformation en compression, variablement selon la taille d'échantillon. Les micrographies et observation tomographiques post-mortem ne mettent pas en évidence d'endommagement flagrant. Une déformation de fluage en partie recouvrable est également observée. Le second objectif était de réfléchir à une méthode de prédiction de la tenue long terme en fluage par équivalence temps-température en DMA. Les différentes transitions rencontrées entre -170°c et la transition vitreuse ont donc été analysées, de même que la représentativité des petits échantillons utilisés dans ce dispositif. L'effet de taille n'as pas d'effet sur la cinétique de fluage, qui peut donc être obtenue dans le dispositif de DMA. Les résultats obtenus en DMA multifréquence n'ont cependant pas permis de construire de courbe maîtresse. Cette approche n'apparaît pas la plus convaincante pour prédire le comportement en fluage sous faible contrainte et à long terme de ces mousses.

La variabilité spatio-temporelle du ruissellement et de l'érosion hydrique n'est pas un fait nouveau. Leurs caractéristiques s'estiment généralement avec une marge raisonnable sur des parcelles d'un à quelques dizaines de m². Avec l'accroissement de la surface, l'hétérogénéité du milieu croît ce qui induit un effet d'échelle. Le passage de la parcelle au bassin versant n'est pas totalement maîtrisé compte tenu de la complexité et de la variabilité des facteurs mis en jeu. L'objectif de cette thèse est de comprendre les processus de ruissellement et de l'érosion dans différents environnements et à différentes échelles spatiales, d'identifier les sources de variation, puis de développer une méthodologie de transposition des résultats de l'échelle parcellaire à l'exutoire du bassin versant. À cet effet, un réseau de dix-huit parcelles expérimentales de différentes tailles, de deux unités hydrologiques ont permis de quantifier le ruissellement et les pertes en terre sur les principaux états de surface du bassin versant de Tougou.Les résultats obtenus sur les micro-parcelles de 1m², les parcelles de 50 et 150m², les unités hydrologiques de 6 et 34 ha et le bassin versant de 37km², montrent que, tant sur sols cultivés que sur sols dénudés, la lame ruisselée ainsi que les pertes en terres diminuent lorsque la superficie augmente, pour une même pluie et dans des conditions comparables d'humidité préalable des sols. Ce phénomène d'effet d'échelle de la superficie sur l'écoulement et l'érosion est connu des hydrologues qui se heurtent toujours à l'écueil de l'extrapolation des résultats obtenus sur petites superficies à des superficies plus grandes. Nos résultats montrent que l'effet d'échelle observé sur le ruissellement et l'érosion est dû principalement à l'hétérogénéité spatiale des sols (propriétés hydrodynamiques, microrelief) et à sa variabilité (état des variables) et que la dynamique temporelle de l'intensité de la pluie ne fait que l'amplifier.Les résultats obtenus lors des essais de transposition permettent de soutenir avec raison qu'une meilleure extrapolation des données de l'échelle parcellaire à l'échelle du bassin viendra de la prise en compte des questions de la connectivité hydrologique.En définitive, cette étude met en avant l'intérêt d'effectuer des mesures de ruissellement et d'érosion sur des unités homogènes en termes d'occupation du sol qui peuvent représenter une mosaïque hétérogène de surfaces homogènes. La localisation sur le bassin versant et le taux de connectivité de ces unités hydrologiques à l'intérieur desquelles les processus dominants du ruissellement et d'érosion se manifestent peuvent permettre d'approcher la résolution du problème de transfert d'échelle. / The spatio-temporal variability of runoff and erosion is not new fact. Their characteristics are generally estimated with a reasonable margin on plots of a few tens of square meters. With the increase of the surface, the heterogeneity of environment increases which induces a scale effect. The passage of the plot to the catchment is not totally controlled because of the complexity and variability of factors come into play. The objective of this thesis is to understand the processes of runoff and erosion in different environments and at different spatial scales, to identify the sources of variation, and to develop a methodology for implementation of the results of field scale to the basin outlet. To this end, a network of eighteen plots of different sizes, two hydrological units were used to quantify runoff and soil loss on the main surface features Watershed Tougou.The results obtained on micro-plots of 1 m², plots of 50 and 150 m², hydrologic units of 6 and 34 ha and the catchment area of 37 km², show that, both in cultivated soils and on bare soils, the runoff excess decreases as the area increases, for the same rain and prior comparable humidity conditions of the soil. This phenomenon of the scale effect of the area on runoff is known to hydrologists who still face the challenge of extrapolating results obtained on small areas to larger areas. Our results show that the scale effect observed on the runoff is mainly due to the spatial heterogeneity of soils (hydraulic properties, microrelief) and its variability (state of the variables) and that temporal dynamics of the intensity of rain just amplifies it. The results obtained in tests of transposition can maintain with reason that a better extrapolation of data from the field scale across the pond comes from the consideration of the issues of hydrologic connectivity.Ultimately, this study highlights the value of measurements of runoff on homogeneous units in terms of land use that may represent a heterogeneous mosaic of homogeneous areas. The location on the watershed and the rate of connectivity of the hydrologic units within which the dominant processes of runoff occur can allow approach the solution of the problem of scale transfer.

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la modélisation distribuée de la partition ruissellement-infiltration en milieu naturel. Notre démarche consiste à étudier la réponse de systèmes naturels complexes à partir de mesures locales, d’expérimentations numériques et de modèles distribuées. Les expériences de la parcelle de Thiès (40m2), au Sénégal, montrent que les hétérogénéités de rugosités mettent en défaut les lois de friction classiques (Manning, Darcy- Weisbach) des modèles de ruissellement qui sous estiment les hautes vitesses. Deux lois qui prennent en compte la hauteur de submersion de la rugosité de manière physique ou empirique sont testées. Dans le bassin versant de Houay Pano, les données obtenues sous pluie simulées, sur des placettes de 1m2, permettent de mettre en évidence l’effet des hétérogénéités, en particulier en terme d’encroutement du sol et de végétation, sur le ruissellement intégré spatialement. L’infiltration moyenne apparait comme dépendante de l’intensité de pluie et l’effet d’une distribution statistique d’infiltrabilité sur le transitoire et le permanent d’infiltration est étudié. La distribution exponentielle d’infiltrabilité semble la plus adaptée, elle est utilisée pour analyser la variabilité spatiale et temporelle de la production de ruissellement dans le bassin versant sous pluie naturelle. Enfin, ce modèle exponentiel, simple mais pertinent à l’échelle du mètre, est implémenté pour représenter un pixel de base dans un modèle de ruissellement-infiltration à l’échelle d’un sous bassin versant de 0.5 ha et différents scénarios de modélisation sont envisagés / This work deals with distributed modeling of runoff-infiltration processes in a natural environment. The response of complex natural systems is studied from local measurements, numerical investigations and distributed models. Experiments held in Thies, Senegal, on a 40m2 plot show that the heterogeneity of the surface put in the wrong classical friction laws (Manning, Darcy-Weisbach) of runoff models, because they underestimate high velocities. Two laws, taking physically or empirically into account the submersion of rugosity, are tested. In the Houay Pano catchment, we highlight from simulated rainfall experiments on 1m2 plots the effects of heterogeneities, mainly due to soil crusting and vegetation, on the spatially integrated runoff. We observed that the mean infiltration rate is dependent of the rainfall intensity and studied the effects of a statistical distribution of infiltrabilities on permanent and non-permanent infiltration. The exponential distribution of infiltrabilities appeared to be the best suited distribution. It is used to analyze spatial and temporal variability of runoff production in the catchment under natural rainfall, in order to obtain a per land use characterization of infiltration. Eventually, this simple but accurate model at the meter scale is implemented as a base pixel into a runoff-infiltration model at the sub-catchment scale (0.5 ha)