Au cours de l'histoire de son développement de plus d'un siècle, la technologie de production d'aluminium a atteint une certaine maturité. Toutefois une amélioration supplémentaire nécessite la compréhension des phénomènes, qui sont restées souvent cachées aux chercheurs, soit parce qu'ils sont inaccessibles pour l'observation directe, soit parce que leur modélisation nécessiterait des moyens informatiques puissants. Un de ces phénomènes est la formation et l'évolution d'une couche gazeuse dans la cuve, au-dessous de l'anode. L'ensemble des bulles augmente la résistance ohmique de la cuve. Le caractère dynamique et périodique de leur formation cause en même temps une fluctuation du voltage. Des bulles entraînent également un mouvement circulaire dans le bain. Les changements drastiques dans la morphologie des trois phases (gazeuse, liquide, solide) provoquent l'effet anodique dans la cuve. L'observation et la modélisation de cette couche gazeuse constituaient le sujet de ce travail de doctorat, qui était réalisé au sein du Groupe de Recherche en Ingénierie des Procédés et Systèmes. Un modèle mathématique à deux parties a été développé. La première décrit l'apparition et la croissance d'une bulle individuelle, alors que le deuxième simule l'évolution de la structure de l'ensemble des bulles. Les deux parties sont couplées : les résultats obtenus en sortie de la première partie servent de données d'entrée à la deuxième. Dans le cas de la formation d'une bulle individuelle, plusieurs hypothèses de l'emmagasinage et de transport de gaz ont été étudiées.

Cet ouvrage porte essentiellement sur l'incidence de la rugosité de la surface refroidissante d'un moule métallique sur la solidification, la microstructure et la résistance à la déchirure à chaud d'un alliage Al-4.5%p/p Cu. La rugosité du moule a influencé la taille des grains près de la surface par la germination et la croissance préférentielles de grains sur les aspérités de surface. Dans le but de modéliser adéquatement l'effet de la rugosité du moule sur la taille des grains, un "coefficient d'efficacité de surface" a été utilisé à l'intérieur d'un modèle de microstructure basé sur le principe d'automates cellulaires. Ce coefficient caractérise l'effet cyclique de la rugosité et représente l'effet combiné du retrait localisé autour des points de contact et de la variation de la quantité de contact liquide / moule. La rugosité de surface du moule a également eu un effet sur la quantité d'eutectique présent dans la microstructure. Les effets du moule sur la microstructure ont influencé la résistance à la déchirure à chaud de l'alliage utilisé. Les échantillons présentant les films liquides intergranulaires les plus fins ont été les plus résistants face à la déchirure à chaud. Ceci est consistant avec les récents modèles reliant la résistance à la déchirure à chaud à la présence de films intergranulaires fragilisant la microstructure durant les derniers instants de la solidification.

La fissuration à chaud entraîne des défauts communs et importants, elle résulte des contraintes en traction qui augmentent lors de la solidification des alliages d'aluminium. Par la technique des émissions acoustiques, il est possible de détecter efficacement le phénomène de fissuration à chaud lors de la solidification du métal. Dans cet ouvrage, la sensibilité à la fissuration à chaud de l'alliage d'aluminium AA1050 fut étudiée à l'aide d'un moule en forme d'anneau et de la méthode des émissions acoustiques. Lors de la solidification, le signal acoustique est détecté par une sonde piézoélectrique placée près de la zone de fin de solidification, et le changement de température par un thermocouple. Ces mesures ont permis d'établir une relation entre la température du métal et les caractéristiques du signal acoustique. Ainsi, une technique d'analyse du signal acoustique, combinée à une analyse thermique, a été développée. Des expériences ont été faites pour l'alliage AA1050 avec ou sans affineur de grain afin d'étudier les effets de l'affinage sur la fissuration à chaud. Les résultats démontrent que l'affinage du grain peut diminuer la tendance à la fissuration à chaud de l'alliage AA1050. Une analyse des surfaces de rupture de tous les échantillons a été réalisée à l'aide du microscope électronique à balayage, les surfaces typiques de fissuration à chaud ont été observées.

L'objectif principal de cette étude est de déterminer une procédure d'évaluation de l'efficacité des produits déverglaçants utilisés de façon préventive sur les pistes d'aéroports. La procédure déterminée dans ce travail sera proposée pour être incluse dans les normes SAE AMS 1431 et AMS 1435. Le second objectif de ce travail est de comparer quelques produits commerciaux en utilisant la procédure déterminée précédemment. Les essais d'évaluation de la performance des produits déverglaçants ont été effectués dans une chambre climatique sous précipitation surfondue. Ils sont basés sur l'aptitude des produits à empêcher l'adhésion de la glace à un substrat. Pour simuler les opérations effectuées en aéroport, un appareil de raclage et de mesure du coefficient de friction a été construit spécialement pour ces essais par le laboratoire international des matériaux anti-givre (LIMA) de l'Université du Québec à Chicoutimi. Les résultats des essais effectués avec des produits commerciaux ont montré que les produits solides testés, l'urée et le formiate de sodium, atteignent leur seuil d'efficacité plus tard que les produits liquides testés, soit le glycol-urée et deux produits à base d'acétate de sodium. Ce délai est causé par la lenteur relative de la dissolution des grains d'urée ou de formiate de sodium dans l'eau. Par contre, les produits solides sont performants pour des temps de précipitation plus longs que les produits liquides. Shan Yang, étudiante Jean-Louis Laforte, directeur de recherche

L'effet de couronne est un phénomène observé lorsqu'une électrode est amenée à une tension suffisamment élevée pour que le champ électrique excède le seuil pour lequel des décharges prédisruptives apparaissent. La valeur de la tension nécessaire à l'apparition de l'effet de couronne dépend principalement de la géométrie des électrodes. Sous les conducteurs des lignes de transport d'énergie électrique, la présence de gouttes d'eau suspendues modifie de façon importante le champ électrique, ce qui provoque ou amplifie l'effet de couronne. Cela a pour effet de créer des charges sous le conducteur appelées charges d'espace. Ces charges peuvent induire des forces suffisamment importantes pour causer la vibration des conducteurs à la fréquence naturelle d'oscillation de la portée. Ce phénomène est connu sous le nom de vibrations induites par effet de couronne. Afin de fournir de nouvelles données sur ce phénomène, principalement sur la force induite par chacune des gouttes d'eau suspendues, une simulation numérique a été réalisée. Comme plusieurs des paramètres nécessaires à la réalisation de la simulation étaient peu connus, nous avons aussi effectué une étude expérimentale. Cette étude a permis d'obtenir des relations empiriques applicables à la simulation numérique, notamment sur l'amplitude de vibration et sur la géométrie de la goutte suspendue. Par la suite, à l'aide de relations électrostatiques simples, la simulation numérique permet d'obtenir la force induite en fonction du temps pour différentes valeurs de champ électrique à la surface du conducteur. Les résultats de l'étude expérimentale et de la simulation numérique permettent d'étendre les connaissances du phénomène de vibration par effet de couronne et pourront servir à élaborer des modèles numériques plus complets.

Dans les pays froids, les lignes aériennes de transport d'énergie sont souvent exposées au givrage atmosphérique et pendant de longue période, elles sont recouvertes de glace. L'accumulation de la glace sur les isolateurs modifie leurs propriétés électriques, ce qui peut entraîner parfois une coupure d'électricité causée par l'apparition d'un arc de contournement. Les dommages ainsi créés ont un impact important sur l'économie, facteur qui a motivé l'investigation des chercheurs de plusieurs pays sur le problème de contournement. L'utilisation de plus en plus fréquente des isolateurs synthétiques dans les réseaux de haute tension rend nécessaire l'étude de leurs performances dans les conditions de givrage. Cette étude consiste surtout à déterminer la tension de tenue maximale de ces isolateurs en fonction de différents facteurs ayant trait au phénomène du givrage. Les études menées dans le laboratoire des hautes tensions du Groupe de recherche en ingénierie de l'environnement atmosphérique (GRIEA) de l'Université du Québec à Chicoutimi sont orientées vers l'établissement d'une méthode standardisée de mesure de la tension de tenue maximale des isolateurs électriques en présence de la glace et de la contamination. L'objectif général est d'améliorer la conception des isolateurs utilisés dans les réseaux électriques en régions froides. Le présent mémoire, entrepris dans le cadre des travaux du GRIEA, a pour but d'étudier, en régime d'accumulation et en régime de fonte, la tension de tenue maximale des isolateurs composites en EPDM et des isolateurs standards IEEE recouverts de glace artificielle formée en régime humide. L'accumulation de la glace sur les isolateurs a été effectuée dans une chambre froide à partir des gouttelettes d'eau surfondues. L'épaisseur de la glace accumulée sur les isolateurs a été mesurée sur un cylindre témoin. En régime d'accumulation, on a examiné l'influence de l'épaisseur du dépôt de glace sur la tension de tenue maximale des isolateurs composites en EPDM, mesurée selon une méthode basée sur celle décrite par la norme CEI 507. Quant aux isolateurs standards IEEE, une seule épaisseur de glace (2 cm) a été considérée pour mesurer la tension de tenue à 50 %, également décrite par la norme CEI 507. Un des buts de la présente recherche était alors de vérifier l'applicabilité de la méthode de la tension de tenue maximale (qui a été développée originellement pour les essais sous contamination) aux essais sous glace, en sachant qu'il est fort possible que le coefficient de variation statistique soit bien différent. Ce but se réalisera en comparant les résultats obtenus par les deux méthodes (tenue maximale et tenue à 50 %) pour la même épaisseur de glace. En régime de fonte, la tension de tenue maximale des isolateurs composites en EPDM et standards IEEE recouverts de glace a été mesurée pour une seule épaisseur de glace, soit 1,5 cm. L'objectif était d'établir une comparaison de la sévérité de l'accumulation de glace formée dans les deux régimes d'accumulation et de fonte.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un programme de recherche visant à étudier l'impact de l'hydrogène dans les alliages d'aluminium et à mesurer par différentes méthodes la solubilité de ce gaz dans le métal liquide. L'objet de ce mémoire de maîtrise porte particulièrement sur la cinétique de dégazage et d'absorption de l'hydrogène dans deux composites de type DURALCANMD, produits par une usine pilote de la compagnie ALCAN: l'un pouvant être mis en forme par filage [W6D.22A ou 6061/Al2O3(p)] et l'autre développé spécialement pour les applications en fonderie [F3S.20S ou Al-Si-Mg/SiC{p)]. L'objectif principal est d'étudier l'effet des particules de renfort (A12O3, SiC) sur la cinétique et le mécanisme d'absorption de l'hydrogène dans ces matériaux hétérogènes. Il s'agit d'un travail original et d'intérêt tant sur le plan scientifique qu'industriel. Les variations des teneurs en hydrogène en fonction du temps dans les composites susmentionnées sont évaluées dans différentes conditions expérimentales favorisant soit l'absorption ou le dégazage de ce gaz. Un appareil de type "Alscan" est utilisé pour évaluer le dosage d'hydrogène. Pour fins de comparaison, les mêmes expériences sont réalisées parallèlement avec les alliages constituant les matrices de ces deux composites. Les résultats expérimentaux sont présentés sous forme de courbes montrant l'évolution de la teneur en hydrogène en fonction du temps. L'analyse de ces données à l'aide d'un modèle mathématique simplifié permet de mettre en évidence et d'évaluer les paramètres cinétiques des processus d'absorption et de dégazage des deux composites et de leurs matrices. Les paramètres ainsi déterminés sont nettement différents d'un composite à l'autre; ils montrent notamment que la vitesse d'absorption d'hydrogène dans le composite contenant des particules d'alumine est plus grande que dans le cas où le carbure de silicium constitue les éléments de renfort. Ces résultats discutés en considérant le rôle de la couche d'oxyde qui flotte sur le métal liquide et la composition des alliages constituant les matrices des deux composites. L'effet des conditions environnementales sur la cinétique d'absorption d'hydrogène est étudié. On observe que la teneur d'hydrogène dissous dans le liquide atteint une valeur d'équilibre qui est fonction de la pression partielle de la vapeur d'eau dans l'atmosphère; la relation [H] - pHO obéit à la loi de Sieverts. La vitesse d'absorption d'hydrogène est évidemment fonction du taux d'humidité dans l'air, principale variable et force motrice du processus; cependant, les coefficients de transfert de masse développés dans le modèle mathématique demeurent les mêmes pour un composite ou un alliage donné, peu importe les conditions environnementales. Le temps nécessaire pour absorber l'hydrogène jusqu'à la moitié de la valeur d'équilibre est évalué dans différentes conditions expérimentales. Ces calculs montrent que ce temps est de l'ordre d'une demi-heure et qu'il est plus court pour les composites que leurs matrices correspondantes en alliage d'aluminium. L'effet du rapport surface libre (A) de métal fondu sur son volume (V) fait également l'objet d'expériences. Les résultats montrent que le taux d'absorption de l'hydrogène est directement proportionnel au rapport (A/V); on doit donc en conclure que le processus est contrôlé par les réactions et la diffusion aux interfaces avec la couche d'oxyde qui se forme au-dessus du matériau liquide.

Ce travail fait une analyse approfondie des neurones dans le noyau cochléaire et des capacités de certains neurones à démoduler en amplitude à partir de l'information sonore. Plusieurs travaux de biologistes et de neurophysiologistes sont étudiés pour faire ressortir les qualités spécifiques de ces recherches en ce qui a trait aux modèles de neurones et réseaux de neurones aptes à démoduler un signal de type modulation d'amplitude. Le noyau cochléaire est le premier centre d'intégration de l'information sonore véhiculée par les fibres du nerf auditif. Le complexe du noyau cochléaire comporte trois divisions principales: antéroventrale (NCAV), postéroventrale (NCPV) et dorsale (NCD). Plusieurs types de réponses cellulaires y sont observés, et sont dûs à des mécanismes différents. Nous proposons un patron pour la partie antéroventrale du noyau cochléaire. Ce patron consiste en trois régions: la région primaire, la région transitoire et la région en dents de scie. À partir des travaux des biologistes et des neurophysiologistes, nous simulons une région qui est la région dite en dents de scies "chop-S". Un modèle physiologique de l'excitabilité de membrane des cellules "chop-S" a été développé à partir des équations d'Hodgkin et Huxley. Nous proposons un réseau de neurones spécialisés à partir des neurones en dents de scies "chop-S" pour modéliser le codage temporel de la modulation d'amplitude. Des réponses simulées à des stimulus simples sont décrites et comparées avec des résultats publiés. Ce modèle est utilisé afin d'étudier les représentations de la démodulation d'amplitude du signal. La distribution des neurones pourrait être organisée en canaux spécialisés pour coder l'enveloppe du signal modulé en amplitude. En même temps notre simulation montre que les entrées inhibitrices peuvent avoir un effet substantiel sur la régularité du signal de sortie de la cellule en dents de scie "chop-S". Mots clés: Noyau cochléaire, Neurones en dents de scies, Modèles neuronaux, Démodulation d'amplitude, Réseaux de neurones spécialisés.

La détérioration de l'environnement préoccupe de plus en plus la population et les procédés industriels qui sont polluants ne sont plus acceptés. Dans l'industrie de l'aluminium, le traitement au chlore (très polluant) est le seul moyen efficace pour diminuer la quantité de magnésium dans le métal liquide d'où l'importance de s'assurer que tous les traitements sont strictement nécessaires. L'alliage recyclé 319 est produit à partir de différents rebuts d'aluminium dont la composition chimique est éloignée de celle visée. Pour atteindre la composition chimique de l'alliage 319, les rebuts doivent être traités par différents procédés dont le traitement au chlore. En justifiant l'augmentation du titre en magnésium dans l'alliage 319, on évite le traitement au chlore ce qui permet de réduire les coûts de production tout en diminuant les émissions polluantes dans l'environnement. L'objectif de cette étude est de déterminer si l'augmentation du titre en magnésium a des effets nuisibles sur les différentes propriétés de l'alliage 319. Plusieurs propriétés furent étudiées i.e. les propriétés de fonderie (propreté et fluidité), le processus de solidification et les propriétés mécaniques de traction. Les propriétés de fonderie (i.e la qualité du métal liquide) furent étudiées principalement via la technique PoDFA (Porous Disc Filtration Apparatus). Cet appareil permet l'identification et l'évaluation de la concentration des différents types d'inclusions en présence dans l'alliage. Les essais PoDFA furent effectués en fonction du titre en magnésium et du temps de sédimentation des inclusions. La fluidité du métal a également été mesurée pour s'assurer qu'elle reste inaffectée par l'addition du magnésium. Le processus de solidification du métal liquide fut étudié principalement par le biais de l'analyse thermique. La composition chimique de l'alliage et la vitesse de solidification sont les principaux paramètres qui influencent ce processus. Les résultats obtenus ont été confirmés par un certain nombre d'essais de calorimétrie à balayage différentiel. Les propriétés mécaniques de traction ont été étudiées en tentant d'optimiser le traitement de mise en solution de l'alliage 319.2. Dans cette phase du travail, l'influence de plusieurs paramètres fut analysée par des essais de traction, par la métallographie optique ou par la fractographie. Les paramètres qui furent étudiés sont: la composition chimique, le temps de traitement, la température de traitement, la température de trempe et le traitement en deux paliers. L'étude de la phase de silicium eutectique a été effectuée à l'aide d'un analyseur d'images de type LECO 2001. La présence de certains défauts fut également observée et leurs effets sur les propriétés mécaniques furent évalués.

Les lignes de transport et de distribution d'énergie électrique peuvent être exposées, durant la saison hivernale, à l'accumulation de glace. La présence de glace entraîne la dégradation des propriétés électriques de l'isolation des lignes et favorise l'apparition de l'arc de contournement. Les conséquences néfastes de l'accumulation de glace sur les isolateurs des lignes et des postes ont attiré l'attention des chercheurs. Les études entamées dans ce domaine consistent à déterminer la tension minimale de contournement, VMF, des isolateurs en porcelaine, en verre trempé, ou en matière synthétique recouverts de glace, soumis à la tension alternative ou continue dans les régimes d'accumulation et de fonte. Les études avancées dans le domaine du givrage des isolateurs se continuent actuellement dans le laboratoire des hautes tensions du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (GRBEA) à l'UQAC et dans quelques autres laboratoires. Le but principal des études à l'UQAC consiste à établir une méthode standardisée de mesure de la tension de tenue maximale, VJM, des isolateurs recouverts de glace en fonction de plusieurs facteurs ayant trait au givrage et à la contamination. Cette méthode permettra de faire une conception adéquate des isolateurs destinés aux réseaux électriques dans les régions froides. Le projet actuel entrepris dans le cadre du programme du GREA consiste en particulier à la détermination de la tension de tenue maximale, VTM, des isolateurs en porcelaine de type standard IEEE en fonction des paramètres suivants: 1) le nombre d'isolateurs (pour deux types de glace: givre léger et verglas); 2) l'épaisseur de la glace (pour un type de glace: verglas); 3) la conductivité de l'eau (pour un type de glace: verglas). Les résultats des essais concernant les variations de la tension de tenue maximale, VTM ont démontré que les valeurs de V?, exprimées en kV en fonction du nombre d'isolateurs en présence du givre léger, sont plus élevées qu'en présence du verglas. Le verglas est donc plus dangereux du point de vue de la possibilité de l'amorçage de l'arc de contournement. Les résultats des essais concernant les variations de la tension de tenue maximale, VTM, exprimées en kV par mètre de distance d'arc, en fonction de l'épaisseur de glace, E, ont démontré que la valeur de VTM/m diminue avec la croissance de l'épaisseur: elle passe de 110 kV/m pour une épaisseur de 0,5 cm à 69,1 kV/m pour une épaisseur de 2,5 cm, soit une diminution d'environ 37%. À partir de 2,5 cm, la tension de tenue maximale, VTM, reste constante malgré la croissance de l'épaisseur du dépôt de glace. Les résultats des essais relatifs à la détermination de la tension de tenue maximale, VTM en fonction de la conductivité de l'eau ont démontré qu'une valeur élevée de la conductivité provoque une diminution sensible de la valeur de la VTM. Les essais effectués ont démontré que la croissance de la conductivité de l'eau de 4 u.S/cm à 150 u.S/cm a entraîné une diminution de la tension de tenue maximale de 137,2 kV/m à 69,1 kV/m, soit environ deux fois. La dernière partie de l'étude présentée dans ce mémoire concerne la comparaison entre les performances électriques des isolateurs recouverts de glace et celles des isolateurs pollués. Cette comparaison permet d'établir une certaine correspondance entre la sévérité de glace et celle de la pollution et de comparer l'épaisseur de glace accumulée, avec un taux de pollution sèche. Par exemple, la valeur de la tension de tenue maximale, VTM mesurée pour 6 isolateurs standards IEEE recouverts de verglas d'une épaisseur de 2,5 cm correspond à celle obtenue au cours d'essais sous brouillard propre avec un taux de pollution égal à 0,153 mg/cm2.