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Aluminum production using the Hall-Héroult process requires an intensive electric current. With an increasing demand for aluminum due to the growth in use of raw materials such as aluminum, and economic developments, aluminum producers are striving to reduce their production costs to remain competitive in a difficult market. One way of doing this is to reduce the voltage drop in the Hall-Héroult cells, which yields a remarkable amount of savings in the long term from only a slight optimization. For this reason, a thorough understanding of the phenomena taking place during operation is necessary. In this research work, anode assembly as one of the major components of the Hall- Héroult cell was modeled using APDL (ANSYS® Parametric Design Language). The newly presented features of the full anode assembly model, which make it a robust one in terms of geometrical modeling, were introduced in detail. A submodel was extracted from the fall model to carry out primary numerical simulations to investigate the Thermo- Electro-Mechanical (TEM) phenomena taking place in the stub hole region to where up to 25% of the total voltage drop in the anode assembly, caused by contact resistance at the interfaces, is attributed. Special attention was paid to the good prediction of contact conditions at the cast iron to carbon interface. In comparison to previous research work, a more thorough and precise approach was taken to employ equations used to predict the initial air gap at the cast iron to carbon interface, which has an influential role in controlling contact particularly at lower temperatures (400°-600°). In order to calibrate the model, experimental tests, performed by the Arvida Research and Development Centre (ARDC) at Rio Tinto Alcan (RTA), were utilized. FESh++ was used to calibrate the fally coupled TEM model using the results obtained by RTA; subsequently, sensitivity analysis (SA) was performed to investigate the influences of changes in material properties and cast iron/carbon interface characteristics. Also, one study on the geometrical sensitivity, namely, SA on the change in the diameter of the stub, was fulfilled. After detailed discussions using the various simulation results as well as statistical data obtained from the newly implemented feature in FESh++, conclusions were drawn as to the importance of precise prediction of the initial air gap, contact establishment and condition at the interface, essentiality of the carbon constitutive law, significance of phase change of cast iron, temperature dependency of some materials and anisotropy of electrical resistance of carbon, etc. Finally, suggestions were proposed for future research work and developments such as: considering a better constitutive law for carbon, taking account of creep in cast iron, evaluation of the initial air gap distribution through simulation of cast iron solidification, etc. - La production de l'aluminium primaire via le procédé hall-Héroult nécessite l'utilisation d'un courant de très forte intensité. Conséquent d'une demande croissante de l'aluminium et du coût élevé des matières premières nécessaires à la production du métal gris, il devient prioritaire pour les producteurs d'aluminium d'assurer un meilleur contrôle du procédé et ce, afin de réduire les coûts de production et ainsi, demeurer compétitif à l'échelle mondiale. Une façon d'atteindre cet objectif consiste à identifier les zones les plus résistives électriquement dans la cellule d'électrolyse et de réduire, lorsque possible, ces résistances, afin de minimiser sa consommation énergétique. Dans cette optique, une compréhension approfondie des phénomènes qui prennent place pendant l'opération ainsi que leurs interactions demeurent de toute première importance est essentiel. Dans le cadre de ce travail, on s'attarde plus précisément à l'étude des chutes de voltage dans les assembles anodiques, constituante hautement résistive de la cellule d'électrolyse. L'assemblage anodique est modélisé sous ANSYS à l'aide du langage APDL® (ANSYS Parametric Design Language), un langage de programmation utilisé dans le logiciel de simulation ANSYS. Ce langage est également utilisable dans le volet Mechanical du logiciel ANSYS Workbench. Totalement paramétré, le modèle géométrique peut être transformé afin de peraiettre l'étude spécifique de diverses composantes selon certaines hypothèses simplificatrices. En particulier, un sous-modèle a été extrait du modèle afin de réaliser des simulations numériques dans la zone du tourillon et ce, afin d'étudier les phénomènes Thermo-électro-mécaniques (TEM) prenant place dans cette zone critique de l'assemblage où près de 25% de la chute de voltage anodique se produit; chute de voltage attribuable à la résistance de contact électrique à l'interface fonte/carbone. Une attention particulière a été portée sur la bonne représentation des conditions de contact TEM à cette interface. En particulier, une extension de la méthode simplifiée proposée par Richard a été utilisée afin de quantifier l'espace d'air initial à l'interface fonte/carbone; élément crucial dans le comportement de l'assemblage anodique et qui a un rôle déterminant dans l'évolution des conditions de contact, particulièrement à basses températures (400°C - 600°C). L'ensemble des simulations numériques a été réalisé à l'aide d'une application spécifique développée dans l'environnement FESh++ via une approche fortement couplée des champs de voltage, température et déplacement en régime établi. La calibration du modèle a été réalisée à l'aide de résultats issus d'essais expérimentaux réalisés au Centre de Recherche et de Développement Arvida (CRDA) de Rio Tinto Alcan (RTA). Par la suite, une étude de sensibilité a été conduite afin d'étudier l'impact de certaines modifications matérielles et/ou géométriques sur le comportement de l'assemblage anodique. Plus spécifiquement il apparait clairement que les congés du tourillon, la température nominale du rondin au moment du scellement ainsi que le changement de phase de l'acier et de la fonte ont un impact majeur sur la chute de voltage. Finalement, les recommandations proposées permettront d'améliorer la performance des assemblages anodiques et d'orienter les travaux futurs dans ce domaine de recherche. On pense ici à l'utilisation d'une loi de comportement représentative pour le carbone (comportement quasi-fragile), à la prise en compte du comportement en fluage de l'acier du rondin et de la fonte de scellement ainsi qu'à la prédiction par simulation numérique de l'étape de scellement afin d'obtenir une représentation plus précise de l'espace d'air à l'interface fonte/carbone.

L'objectif de cette recherche est de conduire une étude à la fois expérimentale et numérique sur l'utilisation et l'optimisation d'anneaux de garde équipant une colonne isolante standard constituée de deux isolateurs de poste sous conditions de glace sévères. Le choix s'est porté sur une colonne isolante standard du fait qu'elles sont les plus vulnérables en termes de contournement sous conditions de glace sévères. Au meilleur de nos connaissances, très peu de recherches ont étudié l'influence des anneaux de garde sous conditions propre et encore moins sous conditions de glace. Dans un premier temps, une étude paramétrique basée sur l'utilisation des éléments finis a permis de démontrer que l'optimisation de l'uniformité de la distribution de potentiel le long de la colonne isolante est réalisé en n'utilisant qu'un seul anneau placé sur l'électrode HT. dont la dimension et la position sont optimisées. Les résultats numériques et expérimentaux réalisés avec un seul anneau de garde standard sur l'électrode H.T. ont aussi démontré qu'une distribution plus uniforme de potentiel résulte en une distribution plus uniforme de glace le long de l'isolateur mais que cette uniformisation ne permet pas d'améliorer la tension de tenue de l'isolateur de poste sous conditions de glace sévères (15 mm d'épaisseur de glace radiale). Par conséquent, une meilleure uniformisation du dépôt de glace (moins d'intervalles d'air) résultant de l'utilisation d'anneaux de garde de forme standard ou optimisée n'est donc pas un gage d'amélioration des performances électriques sous glace d'une colonne isolante standard. L'analyse des résultats issus de l'étude paramétrique a permis de démontrer qu'il existe un diamètre à partir duquel une séparation des lignes équipotentielles se produit, résultant en une dégradation de l'uniformité du potentiel au voisinage de la surface de la colonne isolante. Cette constatation ainsi que la solution apportée pour remédier à ce problème ont permis de proposer une utilisation originale des anneaux de gardes sous des conditions de glace. La solution consiste à relier électriquement le périmètre de l'anneau de garde à celui de l'électrode à l'aide d'un grillage métallique qui a pour autre fonction de protéger une partie de l'isolateur contre l'accumulation de glace, créant des intervalles d'air de grande dimension. L'anneau ainsi modifié se comporte donc comme une jupe auxiliaire sous condition de glace sévère mais avec une meilleure uniformisation de la distribution de potentiel sous conditions normales d'utilisation. Les résultats expérimentaux effectués avec deux anneaux de garde modifiés sur une colonne isolante ont montré une amélioration de 15% de la tension de tenue sous une accumulation de glace de 15mm d'épaisseur radiale par rapport à une colonne standard seule. Ce résultat obtenu est supérieur à celui obtenu avec les jupes auxiliaires sous des conditions identiques d'accumulation, ce qui démontre tout le potentiel de la solution proposée. - The aim of this research is to carry out a study both experimental and numerical related to the use and optimization of the grading rings fitted on an insulating column consists of two standard post insulators under severe ice conditions. Our choice of a standard insulating column is motivated by the fact that this type of columns is most vulnerable in terms of flashover under severe ice conditions. Besides, to the best of our knowledge, very few studies have as yet handled the impact of grading rings under normal conditions, let aside under conditions of ice. In the first place, a parametric study based on finite elements demonstrated that the optimization of the uniformity the potential distribution along the insulating column is achieved using only one ring placed on the HV electrode whose dimension and position are optimized. The ensuing numerical and experimental result is that a more uniform distribution of potential engenders a more uniform distribution of ice along the insulator. However, such standardization process does not allow the improvement the withstand voltage of the post insulator under severe conditions of ice (radial ice 15 mm thick). It follows that a better standardization of the ice deposit (settlement) (fewer air gaps) resulting from the use of standard or optimized grading rings is by no means a guarantee that the icecovered electric performance of a standard insulating column will be improved. The analysis of the results the parametric study came to has permitted the demonstration that there exists a diameter on the basis of which a separation of equipotential lines takes place resulting in a degradation of the potential uniformity in the vicinity of the area of the insulating column. This observation, together with the solution put forth to settle this problem, has led us to suggest an original use of the grading rings under icy conditions. The solution consists in electrically linking the perimeter of the grading ring to the electrode with a metal grating which will, at the same time, protect a part of the insulator against ice accumulation, hence creating larger air intervals. The modified ring will thus stand as an booster shed in severe ice conditions; however though, it represents a better standardization of the potential distribution under normal conditions of use. The results of the experiments conducted with two modified grading rings fitted on an insulating column have shown a 15% improvement of the withstand voltage in 15 mm thick nice in comparison with a standard column. The result achieved is higher (better) than the one archived using booster shed in identical conditions of ice accumulation, which evidences the potential of the suggested solution.

Au cours des dernières années, les composites à matrice métallique (CMM) du type Al-B4C ont reçu une attention considérable en raison de leur légèreté, de leur conductivité thermique supérieure, de leur grande rigidité et de leur dureté. Grâce à la capacité particulière de l'isotope B10 à agir comme capteurs des neutrons, les composites Al-B4C ont été utilisés par l'industrie nucléaire à titre de matériaux absorbeurs de neutrons pour la fabrication de la section interne de contenants de transport et de stockage des combustibles nucléaires périmés. Bien que l'incorporation de particules céramiques dans la matrice d'aluminium permet d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques de l'alliage de base, elle peut également modifier son comportement en corrosion. En outre, en tant que matériau absorbeur de neutrons utilisé dans les contenants de transport et de stockage pour les combustibles nucléaires usés, en particulier pour les applications de stockage humide, les composites Al-B4C sont continuellement en contact avec l'eau du bassin du réacteur (l'un d'eux contenant de l'acide borique avec une concentration de B - 2500 ppm), un milieu généralement considéré comme étant légèrement corrosif. Ainsi, pour des raisons de sécurité évidentes, il devient très important de comprendre leur comportement en corrosion dans un milieu d'acide borique. Cependant, à ce jour, force est de constater que très peu d'études ont été consacrées à la détermination de la tenue en corrosion des composites Al-B4C, et ce en particulier dans l'acide borique, contrairement au nombre considérable de travaux de recherche dédiés à la corrosion des composites Al-SiC et Al-Al2O3 dans divers environnements. Parmi la littérature traitant des phénomènes de corrosion, les solutions 3.5% NaCl et 0.5 M K2SO4 sont celles les plus couramment utilisées pour l'étude du comportement en corrosion des matériaux composites à matrice métallique. Par conséquent, la présente recherche a visé l'étude du comportement en corrosion des composites CMM du type Al-B4C dans trois solutions, soit H3BO3 contenant 2500 ppm B, 3.5% NaCl et 0.5 M K2SO4. Parmi les solutions considérées, celle de NaCl a été identifiée comme étant celle induisant le plus de dommages au composite Al-B4C suivie, dans l'ordre, des solutions de K2SO4 et de H3BO3. Aucune corrosion appréciable n'a été observée dans les solutions d'acide borique et de K2SO4. Cependant, des piqûres apparentes ont été observées suite aux essais réalisés dans la solution de NaCl, et ce pour tous les matériaux étudiés. Pour l'alliage de base, le site préférentiel de piqûration était l'interface Al/Fe générée par la présence de particules intermétalliques. Pour le composite, l'interface AI/B4C était celle la plus favorable au développement de la corrosion localisée. Par ailleurs, il a été constaté que la résistance à la corrosion des matériaux composites diminue lorsque la fraction volumique de B4C est augmentée. Dans le but de contrer l'agressivité des phénomènes de corrosion observés pour le CMM dans la solution de NaCl, une partie des travaux réalisés s'est intéressée à l'inhibition de la corrosion du composite dans cet environnement. À cette fin, le benzotriazole (BTAH) a été utilisé comme inhibiteur de corrosion, et son effet a été systématiquement étudié en fonction de sa concentration, de la fraction volumique des particules de B4C et du temps d'inhibition, en utilisant la polarisation potentiodynamique, l'impédance électrochimique et la spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption. Les résultats montrent que le BTAH est un inhibiteur efficace pour contrer la corrosion du composite Al-B4C dans une solution de 3,5 g/L NaCl, et son efficacité s'accroît lorsque sa concentration augmente. Pour une concentration de BTAH fixe et pour une même durée d'inhibition, l'augmentation de la fraction volumique de B4C dans le composite conduit à une plus grande efficacité d'inhibition du BTAH. L'efficacité du processus d'inhibition par le benzotriazole est également influencée par la durée d'immersion dans la solution: l'efficacité d'inhibition augmente durant les 18 premières heures d'immersion, alors qu'une prolongation de la durée d'immersion entraîne une diminution de l'efficacité du BTAH. Puisque le BTAH est un inhibiteur à caractère cathodique, il agit en s'adsorbant physiquement sur les particules de B4C à la surface du composite, lequel processus obéit à un isotherme d'adsorption de Freundlich. Le mécanisme de corrosion dans la solution de K2SO4 a également été étudié en utilisant la spectroscopie d'impédance électrochimique et les méthodes de polarisation potentiodynamique. La microscopie optique, la microscopie électronique à balayage, ainsi que la profilométrie ont été utilisées pour étudier la morphologie de la surface des matériaux avant et après corrosion. De plus, la spectroscopie infrarouge de réflexionabsorption et la spectroscopie de photoélectrons X ont été utilisées pour identifier les produits de corrosion. Tel que révélé par les analyses de surface, l'espèce SO42- n'a pas induit de piqûres à la surface du composite. Puisque les particules de B4C ont un caractère cathodique par rapport à la matrice périphérique d'aluminium, la corrosion galvanique entre les particules de B4C et la matrice Al a été considérée comme étant le principal mécanisme de corrosion. Les spectroscopies IRRAS et XPS ont montré que la bayerite (Al(OH)3) est le principal produit de corrosion généré durant une immersion prolongée dans la solution de K2SO4. À titre de matériaux non structuraux utilisés pour la fabrication de contenants de transport et de stockage pour les combustibles nucléaires usés, les composites AA1IOO-B4C sont souvent assemblés à des matériaux structuraux tels que l'alliage d'aluminium AA6061 ou l'acier inoxydable 304 (SS304). Par conséquent, les composites AA1100-B4C deviennent couplés galvaniquement aux alliages AA6061 ou SS304, ce qui peut avoir comme effet d'accélérer la corrosion du matériau le moins noble du couple. Pour cette raison, les phénomènes de corrosion galvanique associés aux couples AA1100-B4C/AA6O6I et AA1100-B4C/SS304 dans les solutions 3.5% NaCl et H3BO3 contenant 2500 ppm de bore, ont été étudiés en utilisant un ampèremètre de résistance nulle (ZRA). Les effets dus à la dissimilarité des matériaux, à la solution d'immersion, et au rapport des aires des surfaces couplées galvaniquement ont été investigués. Dans la solution de NaCl, il a été déterminé que peu importe la nature du matériau structural couplé avec le CMM (SS304 ou AA6061), l'alliage de base (AA1100) ou les composites agissent toujours comme anode et les courants galvaniques mesurés sont directement proportionnels à la surface de la cathode. En revanche, dans la solution de H3BO3, les composites corrodent de façon préférentielle en présence de SS304, tandis que le AA6061 protège les composites de la dissolution. Bien que la corrosion galvanique soit contrôlée par la diffusion de l'oxygène à la cathode dans les solutions de NaCl et de H3BO3, son intensité est de loin inférieure dans la solution de H3BO3, en comparaison avec la solution de NaCl. Le contenu en B4C du composite joue également un rôle clé dans la corrosion galvanique, son influence étant modulée par la composition de la solution et les matériaux avec lesquels le composite est couplé. Toutes les expériences ont été réalisées à température ambiante. Cependant, les composites Al-B4C sont immergés dans l'acide borique à une température élevée en situation réelle. Alors, l'auteur propose d'étudier le comportement à la corrosion des composites Al-B4C dans l'acide borique à une température élevée et d'enquêter sur la corrosion galvanique associés aux couples composites Al-B4C / SS304 et composites Al-B4C / AA6061 dans l'acide borique à une température élevée. - In recent years, Al-B4C metal matrix composites (MMCs) have received considerable attention due to their light weight, superior thermal conductivity, high stiffness and their hardness. Owing to the special capturing neutron ability of isotope B10, Al-B4C MMCs have been increasingly used as excellent neutron absorber materials to fabricate the inside basket of transport and storage casks for spent nuclear fuels in the nuclear industry. Although the incorporation of the ceramic particles into the Al matrix can enhance the physical and mechanical properties of the base material, it may also change its corrosion behavior. Besides, as neutron absorber material used in the spent fuels storage racks or transportation casks, especially in the wet storage application, Al-B4C MMCs are continuously in contact with the reactor pool water (i.e. one of them is the boric acid with B concentration of -2500 ppm), which is generally considered to be mildly corrosive. Thus, from the safety point of view, it is of paramount importance to understand their corrosion behavior in boric acid solution. However, up to date, very limited studies have been devoted to the corrosion behavior of the Al-B4C MMCs, especially in boric acid, in contrast to considerable research in the corrosion behavior of Al-SiC and AI-AI2O3 composites in various environments. Among literature on corrosion, 3.5% NaCl and 0.5 M K2SO4 are the most commonly used solutions in studying the corrosion behavior of the composites. Therefore, the present research aimed at investigating the corrosion behavior of Al-B4C MMCs in three solutions, i.e. 2500 ppm boron-containing H3BO3 solution, 3.5% NaCl and 0.5 M K2SO4. Al-B4C MMCs corroded most in the NaCl solution followed by K2SO4 and H3BO3 in order. No appreciable corrosion was observed in boric acid and sulfate solutions, while apparent pitting was observed in the NaCl solution for all materials studied. The preferential pitting sites were the Al/Fe intermetallics interfaces for the base alloy and the A1/B4C interfaces for the composites. Besides, it is observed that the corrosion resistance of the composites decreases with increase in B4C volume fraction. The corrosion inhibition of Al-B4C MMCs in the NaCl solution was consequently investigated. Benzotriazole (BTAH) was tentatively used as a corrosion inhibitor for Al- B4C composites in the NaCl solution and its corrosion inhibition effect was systematically investigated as function of its concentration, volume fraction of B4C particles and inhibition time by using potentiodynamic polarization, electrochemical impedance and infrared reflection adsorption spectroscopy techniques. Results show that BTAH is an efficient corrosion inhibitor for the Al-B4C MMCs in a 3.5 g/L NaCl solution, and its inhibition efficiency increased when increasing the BTAH concentration. For the same BTAH concentration and immersion time, higher B4C volume fraction leads to higher corrosion inhibition efficiency. The inhibition efficiency of benzotriazole was also influenced by the inhibition time: The inhibition efficiency increases with the immersion time in the first 18 hours. However, prolonging the immersion time leads to a decrease in the inhibition efficiency. As BTAH was an inhibitor with a cathodic character, it inhibited corrosion by physically adsorbing on B4C particles at the composite surface, which obeyed the Freundlich adsorption isotherm. The corrosion mechanism in K2SO4 solution was also studied by employing electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization methods. Optical and scanning electron microscopes as well as profilometry were employed to study the surface morphology of the material before and after corrosion. Moreover, infrared reflection-absorption spectroscopy (IRRAS) and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to identify the corrosion products. SO42- species did not induce pitting of the AA1100-16 vol. % B4C. Since B4C particles showed a cathodic character with respect to the peripheral matrix, therefore, the galvanic corrosion between B4C particles and the Al matrix was considered to be the premier corrosion mechanism. IRRAS and XPS results showed that bayerite A1(OH)3 was the principal corrosion product. As non-structural neutron absorber materials used to fabricate the inside basket of spent fuel storage racks or transportation casks, AA1100-B4C MMCs are often assembled to structural materials AA6061 or SS304. Consequently, the AA1100-B4C MMCs are galvanically coupled to AA6061 or SS304, which could potentially accelerate the corrosion of the less noble material. Therefore, the galvanic corrosion associated with AA1100-B4C MMCs/AA6061 and AA1100-B4C MMCs/SS304 couples in 3.5% NaCl and 2500 ppm boron-containing H3BO3 solutions was investigated by using a zero resistance ammeter (ZRA). The effects of dissimilar materials, immersion solution, and ratio of the coupled material areas are reported. In the NaCl solution, depending on the nature of the coupling agent (SS304 or AA6061), the composite or base alloy always acts as an anode and the measured galvanic currents are directly proportional to the cathode area. In contrast, in the H3BO3 solution, the composites preferentially dissolve in the presence of SS304, while AA6061 protects the metal matrix composites from dissolution. Although galvanic corrosion is controlled by oxygen diffusion at the cathode in both NaCl and H3BO3 solutions, its intensity is appreciably lower in the H3BO3 solution in comparison with the NaCl solution. The B4C content is also found to play a key role in galvanic corrosion; its influence is modulated by the solution composition and the materials to which the composite is galvanically coupled. Above all experiments were carried out in room temperature. However, Al-B4C composites are immersed in boric acid at elevated temperature in the real situation. In the future work, the author suggests to studying the corrosion behavior of Al-B4C composites in boric acid at elevated temperature and investigating the galvanic corrosion associated with Al-B4C MMCs/SS304 and Al-B4C MMCs/AA6061 couples in boric acid at elevated temperature.

Ce projet s'inscrit dans des études à approfondir la connaissance du givrage afin d'adapter les éoliennes pour opérer dans les conditions nordiques. L'objectif principal est de développer des techniques pour évaluer, à long terme, l'impact du givrage sur le fonctionnement d'un projet éolien et d'optimiser des techniques de dégivrage. Plusieurs études complexes doivent être effectuées avant de proposer un modèle précis capable de réaliser une simulation tridimensionnelle du givrage sur des pales des éoliennes en rotation. Pour atteindre les objectifs, nous avons utilisé des logiciels commerciaux de CFD et l'interface conviviale de MS-Excel pour valider un cas test des simulations de l'accumulation de glace sur un cylindre. Ces méthodes sont destinées à être appliquées à la simulation en 3D de l'accumulation de glace sur les éoliennes, étant donné que l'étude du givrage du cylindre, pour lequel des résultats analytiques et expérimentaux nombreux sont disponibles pour validation, est fondamentale et pré-requis pour ce domaine de recherche. La capacité d'un objet à capturer des gouttelettes d'eau dans un écoulement est appelé l'efficacité de collection. Une évaluation de l'efficacité de collection sur un cylindre a été simulée en utilisant une approche Eulérienne basée sur les modèles de turbulence multiphasiques dans ANSYS-CFX. Les résultats ont été validés avec des résultats des approches Lagrangiennes et Eulériennes dans FLUENT ainsi qu'avec des résultats expérimentaux obtenus à partir d'études antérieurs. Les résultats ont démontré l'efficacité des modèles multiphasiques du logiciel CFX à simuler les fractions volumiques d'eau et à définir la zone de collection et les limites d'impact autour du cylindre. Pareillement, un logiciel pour calculer les trajectoires des gouttelettes d'eau dans un écoulement d'air interceptées par un cylindre a été réalisé sous Excel avec un code VBA (Visual Basic for Applications). Cette interface permet de démontrer les différents scénarios pouvant aider à valider les simulations avec CFX. Les deux simulations réalisées avec Excel et CFX ont démontré une cohérence entre le comportement des lignes de courant, des trajectoires et des forces agissant sur les gouttelettes. - This project has been conducted in the context of intensifying the knowledge of icing on wind turbines to be adapted in Nordic conditions. The main objective is to develop techniques to evaluate the long-term impact of icing on the performance of wind turbine projects and to optimize the de-icing techniques. Several upstream complex studies are to be conducted prior to propose a precise model capable of achieving a three-dimensional simulation of icing on wind turbine rotating blades. In order to overcome these difficulties, we made use of the high capacity of commercial CFD software, together with the friendly user interface of MS-Excel. The validation of these tools for the ice accretion past a cylinder is the prerequisite for applying these tools for the 3D simulation of icing over wind turbines, given that the study of cylinder icing is fundamental in several areas of icing research. The ability of an object to capture water droplets presented in an air flow is called collection efficiency. Evaluation of the collection efficiency over a cylinder has been simulated using Eulerian approach based on multi-phase turbulence models in CFX. The results have been validated with those of Lagrangian and Eulerian approaches in FLUENT as well as with experimental results obtained from previous studies. The results showed that the use of ANSYS-CFX multi-phase models was effective in simulating water volume fractions through the domain and in defining the collection zone and the impingement limits around the cylinder. In addition, a code to calculate the trajectories of supercooled water droplets in the air intercepted by a cylinder has been achieved using MS-Excel sheets supported with VBA (Visual Basic for Applications). This interface has been used to demonstrate different scenarios that can help to validate similar simulations using CFX. In both Excel and CFX simulations, the streamlines and trajectories have demonstrated similar behaviour which is consistent with the forces acting on water droplets.

L'aluminium est produit via Pélectrolyse et les anodes utilisées dans ce procédé sont fabriquées du carbone. La basse consommation du carbone (anode) est importante pour l'industrie de l'aluminium parce qu'elle affecte directement le coût de production aussi bien que les émissions environnementales. La consommation des anodes est fortement influencée par ses propriétés. Dans l'électrolyse d'aluminium, l'étude de la fabrication des anodes et l'amélioration de la technique de sa production permettront l'économie en énergie et la réduction des émissions gazeuses pour l'industrie d'aluminium. Les réactivités à CO2 et à l'air et la perméabilité à l'air sont des indices importants pour l'évaluation des anodes en carbone parce que non seulement elles sont liées à la densité de ces dernières mais aussi à leur consommation, et cela permettra la détermination des potentiels pour l'économie en énergie et la réduction des émissions de CO2 et de gaz nocifs durant la production des anodes en carbone. L'objectif global du projet est d'améliorer la qualité des anodes présentement utilisées. Premièrement, une enquête du procédé à l'usine à été effectuée pour identifier les parties problématiques. Des petits échantillons des anodes ont été préparés à partir des matières premières disponibles à la province de Guizhou de la Chine. Des différentes formulations des anodes ont été essayées. Parmi toutes les formulations, la meilleure a été choisie en comparant leurs propriétés (la perméabilité à l'air, les réactivités à l'air et à CO2). Les microstructures des cokes et des anodes et le comportement de la pénétration du brai ont été analysés avec MEB. Les échantillons, préparés suivant des formulations pré11 déterminées, ont été cuits dans un analyseur thermogravimétrique (TGA). L'analyse des volatiles a aussi été effectuée en utilisant un cromotographe à gaz (GC) couplé avec le TGA. A partir de ces données, les paramètres du model cinétique de la dévolatilisation, développé antérieurement à l'UQAC, ont été déterminés. Les propriétés des anodes (les réactivités à CO2 et à l'air et la perméabilité à l'air) cuites dans TGA aussi bien que celles cuites à l'usine ont été mesurées. La qualité des anodes a été corrélée avec les propriétés des matières premières et les conditions de la préparation de la pâte et de la cuisson des anodes. - Aluminum is produced by electrolysis, and the anodes used for this process are made of carbon. Low carbon (anode) consumption is important for the aluminum industry because it directly affects the cost of production as well as environmental emissions. The anode consumption is strongly influenced by the properties of anode. In aluminum electrolysis, the study of carbon anode manufacturing and the improvement of its production techniques lead to savings in energy and reduction in gaseous emissions for the aluminum company. The CO2 and air reactivities and air permeability are important indices to evaluate carbon anodes because they relate not only to anode density but also to anode consumption, which will help assess the potential for saving energy and reducing CO2 and hazardous gas emissions of the carbon anode production process. The global objective of the project is to improve the quality of the presently used carbon anodes. First a plant process review was conducted to identify the problem areas. Small anode samples were prepared from the raw materials available in the Guizhou province of China. Different anode formulations were tried. The best one among them was chosen based on the anode properties (air permeability, air and CO2 reactivities) obtained. The microstructures of cokes and anodes and the pitch penetration behavior were analyzed using SEM. The anode samples prepared with pre-determined formulation were baked in a thermogravimetric analyzer (TGA). The volatile analysis was carried out using a gas chromatograph (GC) coupled with the TGA. From these data, the parameters of the kinetic model of the devolatilization developed previously at UQAC were determined. The properties of anodes (CO2 reactivity, air reactivity, and air permeability) baked in the TGA were also measured. Anode quality (properties) was correlated with the properties of raw materials as well as paste preparation and anode baking conditions.

The Al-Cu 206 cast alloys have been widely used in automotive and aerospace industries due to the high strength and good elevated temperature properties. However, this family alloys have an extremely low upper limit for the iron content (usually less than 0.15 wt. %) because the presence of more Fe can cause a great loss of the mechanical properties, particularly the ductility. With the increasing use of the recycled aluminum alloys, the requirement for extremely low iron contents has become a main concern in terms of the manufacturing technique and cost. Therefore, manufacturing premium castings with higher iron contents has become a great challenge. In this study, the solidification behavior of the iron-rich intermetallics and the effect of alloy composition, cooling rate and solution heat treatment on the iron-rich intermetallics were systematically investigated in 206 cast alloys at 0.15, 0.3 and 0.5 wt. % Fe. The effect of the iron-rich intermetallics on the tensile properties was also evaluated. An optical microscope, a scanning electron microscope and a transmission electron microscope were used to observe the microstructures and analyze the volume fraction of the iron-rich intermetallics as well as the fracture surface. The solidification sequences of 206 cast alloys at 0.15-0.5 wt. % Fe were well established. The experimental results in the present thesis are divided into four parts. In the first part, the iron-rich intermetallics in 206 cast alloys at 0.15 wt. % Fe were studied. It was found that Chinese script a-Fe and platelet-like B-Fe can precipitate and coexist in the finally solidified alloy and the individual addition of either Mn or Si promotes the formation of a-Fe and hinders the occurrence of B-Fe. The critical cooling rate to effectively suppress the formation of B-Fe depends on the alloy composition. A casting process map is established to correlate the Mn and Si contents with cooling rate for the 206 cast alloys. In the second part, the iron-rich intermetallics in 206 cast alloys at 0.3 wt. % Fe were investigated. Platelet B-Fe and Chinese script a-Fe were observed in the solidified samples. Both the a-Fe and B-Fe phases can nucleate on the oxide films. In addition, a-Fe can also nucleate on Al6(FeMnCu) and Al3Ti particles while the earlier formed a-Fe phase can also nucleate the later formed B-Fe phase. In addition, Either Si or Mn favors the transformation of B-Fe into the a-Fe phase. At a combination of both high Mn and high Si, almost all B-Fe platelets can be converted into Chinese script a-Fe. For a cast Al-4.5Cu-0.3Fe alloy, 0.3% Mn and 0.3% Si are required to completely suppress the B-Fe phase. In the third part, the iron-rich intermetallics in 206 cast alloys at 0.5 wt. % Fe were studied. In addition to the two typical platelet B-Fe and Chinese script a-Fe phases, two extra phases, i.e. Chinese script Alm(FeMn) and platelet Al3(FeMn) were experimentally observed in the solidified alloys for the first time in the 206 cast alloys. Alm(FeMn), a-Fe and Al3(FeMn) are all possible as dominant iron-rich intermetallic phases. The individual addition of Si favors the formation of a-Fe but inhibits the precipitation of B-Fe while the individual addition of high Mn promotes the formation of Al3(FeMn). The combined addition of both Si and Mn enhances the formation of predominate a-Fe. Furthermore, the formation temperature of each iron-rich intermetallic phase decreases and the stable iron-rich intermetallic is gradually replaced by the metastable phase with increasing cooling rate. There exists a threshold cooling rate to obtain the predominant Chinese script Alm(FeMn) or a-Fe phases. Finally, the effect of iron-rich intermetallics on the tensile properties of the 206 cast alloys was performed. It was found that the tensile strengths linearly decrease with increasing iron content but higher strength are obtained for the alloys with dominant Chinese script iron-rich intermetallics than those with dominant platelet ones at similar iron levels. The 206 alloys above an iron level of 0.15% are hard to meet the minimum ductility (7%) in artificial overaging treatment (T7). However, the iron content limitation can be extended to 0.3%, or even to 0.5% to meet the 7% elongation in natural aging treatment (T4) condition under well controlled Mn and Si contents, providing the great potential to cast premium 206 alloys at high iron levels. - L'alliage Al-Cu 206 est largement utilisé dans les industries automobile et aéronautique en raison de sa grande résistance et de ses bonnes propriétés à température élevée. Toutefois, ce type d'alliage possède une faible teneur en fer (généralement une fraction massique inférieure à 0,15%), car la présence davantage de fer peut causer une diminution considérable des propriétés mécaniques. Avec l'utilisation de plus en plus croissante des alliages d'aluminium recyclé, l'exigence pour une teneur très basse en fer est devenue une préoccupation majeure en termes de technique de fabrication et de coût. Par conséquent, la fabrication de pièces de haute gamme avec une teneur élevée de fer est un très grand défi. Dans cette étude, le comportement des composés intermétalliques riches en fer au cours de la solidification et les effets de la composition de l'alliage, de la vitesse de refroidissement et de la mise en solution sur les phases intermétalliques riches en fer dans l'alliage 206 coulé à différentes teneurs massique de fer : 0,15, 0,3 et 0,5% a été étudié. L'effet des composés intermétalliques riches en fer sur les propriétés de traction a également été étudié. Un microscope optique, un microscope électronique à balayage et un microscope électronique à transmission ont été utilisés pour observer les microstructures et analyser la fraction volumique des composés intermétalliques riches en fer ainsi que la surface de rupture. Les séquences de solidification de l'alliage 206 coulé à teneur massique en fer comprise entre 0,15 ~ 0,5% ont été mis en place. Les résultats expérimentaux de la présente thèse sont divisés en quatre parties. Dans la première partie, les phases intermétalliques riches en fer dans l'alliage 206 coulé avec une teneur en fer de 0,15% ont été étudiées. Il a été constaté que la phase a-Fe à charactère chinois et B-Fe en forme de plaquettes coexistent et peuvent précipiter dans l'alliage solidifié et l'addition individuelle de Mn ou de Si favorise la formation de a-Fe et empêche l'apparition de B-Fe. La vitesse critique de refroidissement pour supprimer efficacement la formation de B-Fe dépend de la composition de l'alliage. Une carfographie du processes de coulée a été établie pour corréler entre la teneur du Mn et du Si avec un taux de refroidissement pour l'alliage 206 coulé. Dans la deuxième partie, les phases intermétalliques riches en fer dans l'alliage 206 coulé avec une teneur en fer de 0,3% ont été étudiées. Les phases à plaquettes B-Fe et celle à écriture chinoise a-Fe ont été observées dans les échantillons solidifiés. Les deux phases a-Fe et B-Fe peuvent germer sur des films d'oxyde. En outre, a-Fe peut aussi germer sur Al6(FeMnCu) et sur les particules Al3Ti, tandis que les phases a-Fe formées plus tôt peuvent également germer sur la phase B-Fe formée plus tard. En plus, ni Si ni Mn ne favorisent la transformation de la phase B-Fe en celle de a-Fe. À une combinaison du Mn et du Si élevés, presque toutes les plaquettes B-Fe peuvent être converties en phase à caractères chinois a-Fe. Pour une coulée de l'alliage Al-4,5Cu-0,3Fe, 0,3% Mn et 0,3% Si sont requis pour supprimer complètement la phase B-Fe. Dans la troisième partie, les phases intermétalliques riches en fer dans l'alliage 206 coulé avec une fraction de fer de 0,5% du poids ont été étudiées. En plus des deux phases, celle typiquement à plaquettes B-Fe et celle à écriture chinoise a-Fe, deux phases supplémentaires, c'est-à-dire, à écriture chinoise Alm(FeMn) et à plaquettes Al3(FeMn) ont été observés expérimentalement dans les alliages solidifiés pour la première fois dans l'alliage 206 coulé. Alm(FeMn), a-Fe et Al3(FeMn) sont toutes possibles comme phases intermétalliques riches en fer dominantes. L'addition individuelle de Si favorise la formation de a-Fe mais inhibe la précipitation de B-Fe, tandis que l'ajout individuel d'une grande fraction de Mn favorise la formation de Al3(FeMn). L'addition combinée de Si et de Mn améliore la formation prédominante de a-Fe. En outre, la température de formation de la phase intermétallique riche en fer diminue et la phase intermétallique riche en fer stable est progressivement remplacée par la phase métastable avec l'augmentation de la vitesse de refroidissement. Il existe un seuil de vitesse de refroidissement pour obtenir une prédominance de la phase à écriture chinoise Alm(FeMn) ou a-Fe. Enfin, l'effet des composés intermétalliques riches en fer sur les propriétés de traction de l'alliage 206 coulé a été étudié. Il a été constaté que la résistance ultime à la rupture diminue linéairement avec l'augmentation de la teneur en fer, mais une plus grande résistance à la traction est obtenue pour les alliages contenant des composés intermétalliques à écriture chinoise riches en fer que ceux à dominance de plaquettes à des teneurs similaires de fer. Les alliages 206 à teneur de fer suppérieur à 0,15% traités pas vieillissenent artificiel atteignent difficilement la ductilité minimale (7%) comparés à ceux ayant subi un traitment de type (T7). Cependant, la limitation de la teneur en fer peut être étendue à 0,3%, voire à 0,5% pour répondre à l'allongement de 7% dans le traitement de vieillissement naturel (T4) sous la condition de bien contrôler la teneur en Mn et celle en Si, ce qui fournit un grand potentiel de couler l'alliage 206 à des teneurs de fer élevées.

Over the last three decades the semi-solid metal (SSM) processing has received significant attention. Semi-solid processing involves the net shape manufacturing of alloys in the semi-solid state. The principal attraction for the process has been the unique rheology of the slurry which induces better movement of materials through the die and allows intricate thin-wall near net shape components to be cast at lower applied pressures. This behaviour offers considerable advantages to the quality of castings. The reduced oxide entrapment, low porosity and a lower operating temperature make semi-solid processing ideal for the forming of high integrity parts. The aim of the current study was to investigate the rheological behavior and microstructural evolution of hypereutectic Al-Si-Cu and Al-Si-Mg-Cu alloys using conventional and modified SEED process (Swirled Enthalpy Equilibration Device). This project is divided into four parts. In the first part, the feasibility of semi-solid processing of hypereutectic Al-Si-Cu A390 alloys using a novel rheoforming process was investigated. A combination of the SEED process, isothermal holding using insulation and addition of solid alloy during swirling was introduced as a novel method to improve the processability of semi-solid A390 slurries. The effects of isothermal holding and the addition of solid alloy on the temperature gradient between the centre and the wall and on the formation of a-Al particles were examined. In addition, phosphorus and strontium were added to the molten metal to refine the primary and eutectic silicon structure to facilitate semi-solid processing. It was found that the combination of the SEED process with two additional processing steps can produce semisolid 390 alloys that can be rheoformed. The microstructure reveals an adequate amount of non-dendritic a-Al globules surrounded by liquid, which greatly improves the processability of semi-solid A390 slurries. In the second part, the effects of Mg additions ranging from 6 to 15% on the solidification behaviour of hypereutectic Al-15Si-xMg-4Cu alloys was investigated using thermodynamic calculations, thermal analysis and extensive microstructural examination. The Mg level strongly influenced the microstructural evolution of the primary Mg2Si phase as well as the solidification behaviour. Thermodynamic predictions using ThermoCalc software reported the occurrence of six reactions, comprising the formation of primary Mg2Si, two pre-eutectic binary reactions, forming either Mg2Si + Si or Mg2Si + a-Al phases, the main ternary eutectic reaction forming Mg2Si + Si + a-Al, and two post-eutectic reactions resulting in the precipitation of the Q-Al5Mg8Cu2Si6 and O-Al2Cu phases, respectively. Microstructures of the four alloys studied confirmed the presence of these phases, in addition to that of the 7i-AlgMg3FeSi6 phase. The presence of the pi-phase was also confirmed by thermal analysis. The morphology of the primary Mg2Si phase changed from an octahedral to a dendrite form at 12.52% Mg. Further Mg addition only coarsened the dendrites. Image analysis measurements revealed a close correlation between measured and calculated phase fractions of the primary Mg2Si and Si phases. ThermoCalc and Scheil calculations show good agreement with the experimental results obtained from microstructural and thermal analyses. In the third part, the effects of P and Sr on the microstructure of hypereutectic Al-15Si-14Mg-4Cu alloy were studied. The microstructural examination and phase identification were carried out using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The effects of individual and combined additions of P and Sr on the eutectic arrest in Al-15Si-14Mg-4Cu alloy were examined using thermal analysis. The mean size of primary Mg2Si decreases from about 350 um to less than 60 um and the morphology changes from coarse dendritic type or equiaxed to polygonal type. In addition, the morphology of the eutectic Mg2Si phase changes from coarse Chinese script to fine fiber-like, while that of the eutectic Si phase changes from coarse acicular shape to a fine fibrous form. With Sr addition, the morphology of the pi-Fe phase evolved from Chinese script to a fine twin platelet form. Furthermore, the thermal analysis results reveal that the addition of Sr or Sr and P reduces the temperature of eutectic nucleation and growth. Quantitative measurements revealed a reduction in the particle area and an increase of the density of Mg2Si, Si and pi-Fe phases. The Sr or Sr + P combined additions are effective in modifying the eutectic Si, Mg2Si and pi-Fe phases for the Al-15 Si-14Mg-4Cu alloy. Finally, the rheological behaviour and microstructure of semi-solid hypereutectic A390, P-refined A390, Al-15Si-10.5Mg-4Cu and Al-15Si-13.5Mg-4Cu alloys were investigated by using parallel plate viscometry. The flow deformation of these alloys in the semi-solid state was characterized at different deformation rates and at variable solid fractions. The calculated viscosity for variable shear rate was deduced using the analytical method developed by Laxmanan and Flemings. Microstructures of the four alloys, after partial solidification, were examined in order to characterize the flow behaviour during deformation. An image analysis was used for quantification of particle segregation and effective volume fraction. The apparent viscosity of all studied alloys increased with increasing solid volume fraction, and decreased with increasing shear rate. The comparison of the apparent viscosity of the four alloys indicated that the higher the Mg in the alloy, the higher the apparent viscosity was for the range of shear rates and solid fractions investigated. It is also shown that the refined A390 alloy has the lowest apparent viscosity due to the small size of primary Si particles. In addition, a separation of liquid and solid phase was also observed for all alloys in the microstructure study of deformed semi-solid billets. - Au cours des trois derrières décennies, la mise en forme à l'état semi-solide a suscité beaucoup d'attention. Cette méthode consiste à fabriquer des pièces mécaniques finies à l'état semi solide. L'attraction principale de cette technique réside essentiellement dans son unique propriété rhéologique qui confère un meilleur écoulement à la gelée à travers la filière du moule et permet par la suite l'optimisation de la pression nécessaire pour un remplissage adéquat. L'objectif principal de ce travail est l'élude du comportement rhéologique ainsi que l'évolution microstructurale des alliages hypereutectiques Al-Si-Mg-Cu en utilisant deux méthodes différentes, le procédé SEED conventionnel et modifié. Ce travail de recherche est divisé en quatre parties. La première partie est consacrée à l'étude de la faisabilité de la mise en forme à l'état semi-solide d'alliage hypereutectique Al-Si-Cu 390 en utilisant un nouveau procédé de rhéoformage. En effet, la combinaison du procédé SEED conventionnel, un maintien isotherme avec isolation du moule et l'ajout de petits morceaux d'alliages pendant le brassage a été introduit comme une nouvelle méthode capable de produire une gelée. Par la suite, l'effet induit par le maintien isotherme et l'ajout de morceaux d'alliages sur le gradient de température au centre et à la paroi du moule ainsi que sur la formation des particules a-Al a été examiné. Dans certain tests supplémentaires, des quantités appropriées de phosphore et de strontium ont été introduite dans le métal liquide dans le but d'affiner le silicium primaire et eutectique, et faciliter par la suite la mise en forme de la gelée. Il a été constaté que la combinaison du procédé SEED avec deux étapes supplémentaires est une technique capable de produire une gelée d'alliage A390. En plus, la microstructure de la gelée révèle une quantité suffisante de globules d'aluminium (a-Al) entourées de liquide. Dans la deuxième partie, l'effet de l'addition de quantités de Mg allant de 6 à 15% sur le chemin de solidification et la microstructure des alliages hypereutectiques Al-15Si-xMg-4Cu a été étudié en utilisant des calculs thermodynamiques, une analyse thermique et un examen microstructural approfondi. La teneur en Mg influence fortement la cinétique de formation de la phase primaire Mg2Si ainsi que le chemin de solidification du système. La prédiction thermodynamique en utilisant ThermoCalc montre l'existence de six réactions, incluant la formation de la phase primaire Mg2Si, deux réactions pré-eutectique binaires formant soit les phases Mg2Si et Si ou Mg2Si et a-Al, la réaction eutectique ternaire (Mg2Si + Si + a-Al), et deux réactions post-eutectiques aboutissant à la précipitation des phases QAl5Mg8Cu2Si6 et O-Al2Cu, respectivement. Les microstructures des quatre alliages étudiés ont par la suite confirmé la présence de toutes ces phases, y compris la phase nIV Al8Mg3FeSi6. La présence de la phase pi-Fe riche en fer a été également confirmée par l'analyse thermique. L'addition de teneurs supérieures à 12.52% Mg induit une évolution de la morphologie de la phase primaire Mg2Si d'une forme octaédrique vers une forme dendritique et une augmentation significative des dendrites. L'analyse quantitative a révélé une corrélation entre les fractions volumiques mesurées et calculées de la phase primaire Mg2Si et Si. Enfin, les résultats obtenues par ThermoCalc et soutenues par la méthode Scheil montrent un bon accord avec les résultats expérimentaux obtenus à partir des analyses microstructuraux et thermiques. Dans la troisième partie, l'effet des éléments d'addition P et Sr sur la microstructure de l'alliage hypereutectique Al-15Si-14Mg-4Cu a été étudié. La caractérisation microstructural et l'identification des différentes phases ont été réalisées en utilisant un microscope optique et un microscope électronique à balayage (MEB). L'apport individuel et combiné de P et Sr sur la température eutectique de l'alliage Al-15Si-14Mg-4Cu a été étudié à l'aide de l'analyse thermique. La taille moyenne de la phase primaire Mg2Si a diminuée de 350 um à moins de 60 um et sa morphologie a évoluée d'une forme dendritique vers une forme polygonale. En plus, la morphologie des phases eutectique Mg2Si et Si ont changé respectivement d'une forme d'écriture chinoise et d'une forme aciculaire vers une forme fibreuse de taille fine. L'addition de Sr a aussi montré le changement de la morphologie de la phase intermétallique 7t-Fe. Les résultats de l'analyse thermique ont révélés une diminution des températures de germination et de croissance eutectique. L'analyse quantitative a montrée une réduction de la taille des particules et l'augmentation de la densité des phases Mg2Si, Si et rc-Fe. L'addition de Sr ou la combinaison de Sr avec P est avéré très efficace pour affiner la phase primaire Mg2Si et modifier les phases eutectiques Mg2Si, Si ainsi que la phase rc-Fe de l'alliage Al-15Si-14Mg-4Cu. Enfin, le comportement rhéologique et l'évolution microstructural des alliages hypereutectique A390, A390 affiné, Al-15Si-10.5Mg-4Cu et Al-15Si-13.5Mg-4Cu à l'état semi-solide ont été étudiés à l'aide d'un viscosimètre. La déformation de ces quatre alliages à l'état semi-solide a été caractérisée à différentes vitesses de déformations et à fractions de solides variables. La viscosité apparente a été calculée en utilisant le modèle développé par Laxmanan et Flemings. Les microstructures des quatre alliages, après solidification partielle, ont été examinées afin de caractériser le comportement rhéologique lors de la déformation. Une analyse d'image a été réalisée pour quantifier la ségrégation des particules solides et la fraction volumique effective. Les résultats montrent une augmentation de la viscosité apparente des quatre alliages étudiés avec l'augmentation de la fraction solide, et la diminution du taux de cisaillement. La comparaison de la viscosité apparente des quatre alliages indiquait que l'alliage contenant une teneur élevée en Mg possédait une plus grande viscosité apparente pour la gamme du taux de cisaillement et de fractions solides étudiés. Il est également montré que l'alliage affiné A390 a la plus faible viscosité apparente en raison de la diminution de la taille des particules de silicium primaire. En outre, une séparation des phases liquides et solides a également été observée pour tous les alliages au cours de l'étude microstructural des billettes déformées à l'état semi-solide.

II existe des instructions data-parallèles dans les processeurs modernes. Ces instructions permettent d'effectuer la même opération sur plusieurs données différentes en parallèle. Présentement il est difficile de programmer des logiciels qui utilisent ces instructions data-parallèles avec les solutions existantes, Nous avons donc exploré l'utilisation d'un langage destiné à la programmation des circuits parallèles comme les FPGA (Field Programmable Gate Array) pour fabriqué un logiciel qui permet d'utiliser ces instructions data-parallèles de manière simple et efficace. Un langage de haut niveau pour la programmation des FPGA. le langage psC- Parallel and Synchronous C- a été choisi, Sa syntaxe proche du C, son paradigme entièrement parallèle et la disponibilité du code source ont justifié ce choix, II y a plusieurs années, les gens pensaient qu'aujourd'hui l'optimisation ne serait plus aussi importante qu'elle l'était pour eux. Ils disaient que la quantité de mémoire et la puissance de calculs des processeurs ferait en sorte que le gain en temps ne vaudrait pas l'effort de programmation nécessaire pour programmer du code optimisé. Maintenant, nous savons que ce n'est pas le cas. Les processeurs ont certes eu un gain de performance important, mais les tâches qu'ils accomplissent nécessitent de plus en plus de puissance de calculs et de mémoire. Aujourd'hui, une bonne partie de la puissance de calculs s'obtient par l'utilisation des instructions data-parallèles disponibles dans les processeurs modernes. Pour inclure ces instructions data-parallèles dans un logicieL il n'y a pas beaucoup d'alternatives disponibles. Ce travail a consisté à réaliser un compilateur complet pour machine SIMD. Une nouvelle syntaxe permettant de supporter les instructions data-parallèles a été définie et intégrée à celle du langage psC. L'algorithme de génération de code assembleur pour les instructions data-parallèles de type SSE d'Intel a été implémenté et testé. Finalement, trois applications ont été programmées et les performances de rapidité d'exécution comparées à diverses méthodes classiques de programmation. Les résultats montrent que les performances obtenu par le langage psC est toujours situé entre celui obtenu par un expert codant en langage assembleur et celui obtenu par les compilateurs C et C++, Ceci correspond à ce qui était désiré. En conclusion, ce travail de recherche a démontré qu'il était possible d'utiliser un langage HL-HDL (High Level Hardware Description Language) pour générer du code qui bénéficie des instructions data-parallèles. Le gain en performance de F implementation psC est présenté pour tous les cas étudié, et se rapproche de F implementation assembleur qui est le maximum atteignable.

Plusieurs types de givrages atmosphériques peuvent se déposer sur les lignes aériennes de transport d'énergie électrique incluant la neige collante lourde et adhérente, le givre dur, le givre mou et la glace à haute densité. Des dépôts de neige sur les structures exposées peuvent avoir un impact sur le fonctionnement, la sécurité et la fiabilité mécanique. Plus spécifiquement sur les lignes aériennes de transport d'énergie électrique, les charges de gravité résultant de Paccrétion de la neige lourde combinée aux charges du vent sur la neige peuvent causer des dommages structuraux, une rupture ou même en cascade des pylônes. La chute des dépôts de neige peut appliquer une charge dynamique sur la ligne de transport par les vibrations induites sur le câble et provoquer un effet déstabilisant entre les portées adjacentes couvertes et non couvertes. Ainsi pour protéger les lignes de transport contre les charges résultantes de l'accrétion de la neige sur la ligne et pour assurer la fiabilité des réseaux de distribution électriques, les processus du délestage de la neige doivent être compris et des techniques de prévention comme des méthodes d'antigivrage et de dégivrage doivent être utilisées. Cette étude porte sur l'analyse dynamique des lignes aériennes de transport d'énergie couvertes de neige et soumises à des charges périodiques. De telles charges peuvent être le résultat de l'effet d'une charge périodique externe appliquée pour enlever la neige accumulée sur les lignes ou le résultat d'effets naturels comme le vent ou des charges en déséquilibre conséquentes d'une chute de neige soudaine ou propagé d'une portée adjacente . L'objectif est de comprendre le phénomène du délestage de neige induite mécaniquement sur les portées des câbles aériens et de simuler les effets des charges périodiques sur la chute de la neige collante. Lors d'études précédentes, les réponses de la ligne de transmission aux chutes instantanées ont été modélisées alors que dans cette étude, on étudie la propagation de le délestage de la neige le long de la portée en réponse à une charge périodique. Plus particulièrement, la réponse dynamique des câbles couverts de neige aux charges périodiques est examinée par modélisation mathématique en utilisant une analyse d'éléments finis non linéaires et des études expérimentales en chambre froide. Le modèle numérique peut servir de base à l'étude de critères différents de rupture de la neige collante en ce qui concerne l'adhésion. Pour atteindre cet objectif, on a d'abord étudié expérimentalement l'adhésion en tension et en cisaillement à la surface des câbles. Ceci est essentiel pour mettre en corrélation la chute et la force d'adhésion entre la neige et le câble, puisque le délestage survient lorsque l'adhésion disparaît. Les mesures ont été obtenues en utilisant une machine à essayer le matériel et une centrifugeuse. Puis un critère de rupture de la neige collante a été déterminé et appliqué dans le modèle numérique. Ce modèle simule les vibrations du câble couvert de neige mouillée, par l'application d'une excitation périodique, celui que provoque du processus de chute de neige. L'excitation périodique est modélisée en utilisant une fonction temporelle de déplacement initial à une extrémité du câble, rendant la variation de la fréquence d'excitation possible. Le défi est de prédire si le dépôt va demeurer fixé au conducteur ou s'il va tomber suite à la vibration provoquée. Le modèle considère le délestage de la neige en retirant les éléments de la neige le long du câble, lorsque le critère de rupture est satisfait. Dans l'étude expérimentale, les manchons de neige collante ont été reproduits à échelle réduite en utilisant une technique développée précédemment. Les charges de neige de différentes épaisseurs ont été utilisées sur la portée et les charges périodiques ont été appliquées au point de suspension de façon à initier une vibration du câble et observer le mécanisme du délestage. La similitude des résultats du modèle numérique et ceux des simulations expérimentales à échelle réduite valide le modèle et assure sa fiabilité. Finalement le modèle de neige développé, avec un critère de rupture, est appliqué aux simulations numériques subséquentes des portées simples à échelle réelle soumis à des impacts périodiques. - Several types of atmospheric icing deposits may load overhead cables including heavy adherent wet snow, hard rime, large but lightweight soft rime and high-density glaze ice. Snow deposits on exposed structures can be the source of several serviceability, safety and mechanical reliability issues. On overhead power lines in particular, the gravity loads due to heavy snow accretion, coupled with wind-on-snow loads, may lead to structural damages, or failure and even cascading collapse of towers. The shedding of the snow deposit can apply dynamic loads on the line by the initiated cable vibration and results in unbalanced tension between shed and unshed adjacent spans. Therefore, in order to protect the line against loads resulting as a consequence of accreted snow on the line and to ensure the reliability of electrical power delivery networks, the processes of snow shedding have to be profoundly understood and countermeasures have to be taken, e.g., by applying anti-icing and de-icing methods. This study focuses on the dynamic analysis of snow-covered overhead transmission lines subjected to periodic loads. Such loads may result from the effect of an external periodic load intended to remove accreted snow from the cable, or from such natural effects as wind or load imbalances due to sudden or propagating snow shedding from an adjacent span. The objective is to understand the phenomenon of mechanically-induced snow shedding on overhead cable spans and to simulate the effects of periodic loads on wet snow shedding. In previous studies, the response of the line to instantaneous shedding was modeled, whereas in this research, the propagation of snow shedding along the span as response to a periodic load is studied. In particular, the dynamic response of snow-covered cables to periodic loads is examined by numerical modeling using nonlinear finite element analysis as well as experimentally in a cold chamber. The numerical model can serve as a basis to study various failure criteria of wet snow in terms of adhesion. In order to achieve this goal, first the tensile and shear adhesion of snow to cable surfaces were experimentally studied, which are essential to correlate shedding and the adhesive strength between cable and snow, since shedding occurs after adhesion vanishes. These measurements were carried out using material test machine and centrifuge machine. Then, a criterion of wet-snow failure was determined and applied in the numerical model, which simulates vibrations of the cable covered by wet snow due to application of periodic excitation resulting snow shedding process. The periodic excitation is modeled by an input displacement time function at one cable end, making the variation of excitation frequency possible. The challenge is to predict whether the deposit will remain attached to the conductor or fall off during the resulting vibration. The model considers snow shedding by removing snow elements along the cable where the failure criterion is satisfied. In the experimental study, wet snow sleeves were reproduced on a small-scale span by using a formerly developed technique. Snow loads of different thickness were thus created on this span and periodic loads were applied at the suspension point in order to initiate cable vibration and observe the resulting shedding mechanism. The coincidence of results of numerical model and those of small-scale experimental simulations validates the model and assures its reliability. Finally, the developed snow model with failure criterion is applied in further numerical simulations for real-scale single spans subjected to periodic impact.