Les équations mathématiques décrivant le transfert de chaleur dans un bain de métal en fusion sont utilisées pour la construction d'un simulateur. L'équation d'énergie est exprimée en terme de l'enthalpie volumique du métal en utilisant la transformée de Kirchhoff de la conductivité thermique. L'utilisation de l'enthalpie et de la transformée de Kirchhoff permet de considérer une variation de la densité, de la chaleur massique et de la conductivité thermique du métal solide, ainsi que du métal liquide, avec la température. Les équations de Navier-Stokes, pour la convection naturelle, sont exprimées à l'aide des variables primitives en utilisant l'approximation de Boussinesq. L'équation d'énergie est découplée des équations du mouvement. Elle est intégrée en deux dimensions à l'aide de la méthode des éléments finis. Des essais sont effectués avec une matrice de capacité thermique consistante et une matrice de capacité thermique modifiée, ainsi qu'avec une variation quadratique de la transformée de Kirchhoff en fonction de l'enthalpie et une variation linéaire. Les équations du mouvement sont intégrées en deux dimensions à l'aide de la méthode des différences finies par le logiciel SOLA. Une simulation d'un bain d'aluminium liquide entourant une charge d'aluminium solide illustre l'importance de la convection naturelle.

Heat-treated wood is a wood product thermally treated at high temperatures in the range of 180°C and 240°C for its preservation without using any additional chemicals. Heat treatment modifies wood both chemically and physically. Amorphous polysaccharide content (hemicelluloses) decreases, condensation and demethoxylation of lignin take place, and certain extractives are removed. Consequently, heat-treated wood possesses new physical properties such as reduced hygroscopy, improved dimensional stability, better resistance to degradation by insects and micro-organisms, and attractive darker color. These new beneficial and attractive properties make heat-treated wood popular for indoor as well as outdoor applications. However, similar to untreated wood, heat-treated wood is also susceptible to degradation due to environmental conditions. Weathering results in poor aesthetics for heat-treated wood because of the discoloration and surface checking when exposed to UV radiation. However, investigations on the wettability changes, chemical changes, and microscopic changes of heat-treated wood after exposure to artificial weathering are very limited; and there is no publication available in the literature on the degradation taking place due to the weathering of heat-treated North American jack pine, aspen, and birch used in this study. This work was undertaken to study the weathering degradation mechanisms of the three North American regional species (jack pine (Pinus banksiana), aspen (Populus tremuloides\ and birch (Betula papyrifera)) heat-treated under different conditions to understand the chemical and physical changes taking place and to compare these changes with those of untreated controlled samples when they are exposed to artificial weathering with and without water spray for various periods. Several techniques and tools were used such as color measurement, contact angle test for wettability analysis, Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for chemical analysis, florescence microscopy (FM), and scanning electron spectroscopy (SEM) for microscopic structural analysis. These provide a great deal of insight into the degradation process. The results show that color changes occurring during weathering of heat-treated woods are due to the increasing lignin condensation and decreasing extractives content on wood surfaces caused by heat treatment. Changes in wettability during weathering of heattreated wood are induced by the combination of surface structural and chemical modifications. Lignin in heat-treated woods is more sensitive to weathering than other components. It is proposed that the weathering mechanism of heat-treated woods consists of the degradation of lignin matrix and extractives, which lightens the wood color. As a result, the color difference between the color of heat-treated wood before weathering and the color of the same wood during weathering increases with exposure time. Then, the leaching of other polymers present on wood surface takes place, consequently, the color returns back to its initial state and the color difference declines. - Le traitement thermique du bois est une méthode qui consiste à chauffer le bois aux hautes températures entre 180°C et 240°C sans l'utilisation de produits chimiques additionnels, conduisant aux modifications physique et chimique des composés du bois. La teneur des polysaccharides amorphes diminue (hémicelluloses), les réactions de condensation et de déméthoxylation de la lignine ont lieu et certains extractibles du bois sont dégradés. Ceci confère au bois traité thermiquement de nouvelles propriétés physiques telles que la réduction de l'hygroscopicité, l'amélioration de la stabilité dimensionnelle, une meilleure résistance à la dégradation par les micro-organismes et les insectes ainsi qu'une couleur du bois plus foncée. Ces nouvelles propriétés avantageuses et attrayantes rendent le bois traité thermiquement populaire pour des applications extérieures et intérieures. Toutefois, le bois traité thermiquement, tout comme le bois non traité, est susceptible à la dégradation due aux facteurs environnementaux. L'exposition du bois traité thermiquement au rayonnement UV provoque une décoloration à la surface du bois. Cependant, les études sur la mouillabilité, les changements chimiques et microscopiques du bois thermiquement modifié après exposition au vieillissement accéléré sont très limitées. De plus, il n'y a aucune publication disponible dans la littérature sur l'altération du pin, du peuplier faux tremble et du bouleau blanc nord-américain traités thermiquement qui sont utilisés dans cette étude. Ce projet a pour but d'étudier les mécanismes de dégradation suite à l'altération de trois espèces de bois traité thermiquement des régions nord-américaines sous différentes conditions, pour comprendre les changements physiques et chimiques qui surviennent en comparaison aux échantillons témoins, non traités quand ils sont exposés au vieillissement accéléré avec et sans d'eau pour différentes périodes. Plusieurs techniques et outils ont été utilisés tels que la colorimétrie, la mesure de l'angle de contact pour l'analyse de la mouillabilité, la spectroscopie infrarouge (FTIR) et la spectroscopie photoélectron (XPS) pour l'analyse chimique, et la spectroscopie électronique à balayage (MEB) pour l'analyse structurelle et microscopique. Ces analyses et tests permettent de fournir les éléments pour une meilleure compréhension du processus de dégradation. Les résultats obtenus montrent que les changements de couleurs survenus pendant les tests de vieillissement accélérés du bois traité thermiquement étaient dus à l'augmentation de la condensation de la lignine et à la diminution de la teneur des extractibles à la surface du bois causées par le traitement thermique. Les changements de mouillabilité pendant la dégradation du bois traité thermiquement sont induits par la combinaison des changements structurels à la surface du bois et des modifications chimiques. La lignine du bois traité thermiquement est plus sensible aux tests de vieillissement que les autres composés. Le mécanisme de dégradation du bois traité thermiquement pourrait être dû à l'altération de la lignine et des extractibles, ce qui éclaircit la couleur du bois. La différence entre la couleur du bois traité thermiquement avant les tests de vieillissement et la couleur de la même essence de bois pendant le vieillissement augmente. Puis, le lessivage des autres polymères présents à la surface du bois prend place, par conséquent, la couleur reprend son état initial induisant ainsi une baisse dans la différence de couleur.

Le dégivrage au moyen d'actuateurs piézoélectriques est considéré comme une avenue prometteuse pour le développement de systèmes à faible consommation d'énergie applicables aux hélicoptères légers. Ce type de système excite des fréquences de résonances d'une structure pour produire des déformations suffisantes pour rompre l'adhérence de la glace. Par contre, la conception de tel système demeure généralement mal comprise. Ce projet de maîtrise étudie l'utilisation de méthodes numériques pour assister la conception des systèmes de protection contre le givre à base d'éléments piézoélectriques. La méthodologie retenue pour ce projet a été de modéliser différentes structures simples et de simuler l'excitation harmonique des fréquences de résonance au moyen d'actuateurs piézoélectriques. Le calcul des fréquences de résonances ainsi que la simulation de leur excitation a ensuite été validée à l'aide de montages expérimentaux. La procédure a été réalisée pour une poutre en porte-à-faux et pour une plaque plane à l'aide du logiciel de calcul par éléments finis, Abaqus. De plus, le modèle de la plaque plane a été utilisé afin de réaliser une étude paramétrique portant sur le positionnement des actuateurs, l'effet de la rigidité ainsi que de l'épaisseur de la plaque. Finalement, la plaque plane a été dégivrée en chambre climatique. Des cas de dégivrage ont été simulés numériquement afin d'étudier la possibilité d'utiliser un critère basé sur la déformation pour prédire le succès du système. La validation expérimentale a confirmé la capacité du logiciel à calculer précisément à la fois les fréquences et les modes de résonance d'une structure et à simuler leur excitation par des actuateurs piézoélectriques. L'étude révèle que la définition de l'amortissement dans le modèle numérique est essentiel pour l'obtention de résultats précis. Les résultats de l'étude paramétrique ont démontré l'importance de minimiser l'épaisseur et la rigidité afin de réduire la valeur des fréquences de résonance et à maximiser l'amplitude des déplacements, ce qui contribue à réduire la puissance requise pour dégivrer la structure. De plus, l'étude révèle que le positionnement des actuateurs piézoélectriques est optimal aux endroits de déplacement maximal du mode de vibration excité. La plaque plane a été dégivrée expérimentalement en utilisant une densité de puissance moyenne de 0.77 W/in2. Les simulations numériques avec glace suggèrent que des déformations approchant 200 um/m étaient atteintes pour les cas expérimentaux où le dégivrage fut un succès. Ainsi, en ce basant sur un critère de déformation de l'interface glace/substrat suffisamment conservateur, le modèle numérique pourrait servir à approximer la puissance requise pour dégivrer une structure en fonction du nombre et du positionnement des actuateurs. Ce projet de recherche a atteint son objectif en démontrant que les systèmes de dégivrage piézoélectrique peuvent être efficacement modélisés. Les méthodes décrites dans ce travail peuvent être utilisées pour assister à la conception d'un système optimal pour des structures plus complexes.

Heat-treated wood is a wood product thermally treated at high temperatures in the range of 180°C and 240°C for its preservation without using any additional chemicals. Heat treatment modifies wood both chemically and physically. Amorphous polysaccharide content (hemicelluloses) decreases, condensation and demethoxylation of lignin take place, and certain extractives are removed. Consequently, heat-treated wood possesses new physical properties such as reduced hygroscopy, improved dimensional stability, better resistance to degradation by insects and micro-organisms, and attractive darker color. These new beneficial and attractive properties make heat-treated wood popular for indoor as well as outdoor applications. However, similar to untreated wood, heat-treated wood is also susceptible to degradation due to environmental conditions. Weathering results in poor aesthetics for heat-treated wood because of the discoloration and surface checking when exposed to UV radiation. However, investigations on the wettability changes, chemical changes, and microscopic changes of heat-treated wood after exposure to artificial weathering are very limited; and there is no publication available in the literature on the degradation taking place due to the weathering of heat-treated North American jack pine, aspen, and birch used in this study. This work was undertaken to study the weathering degradation mechanisms of the three North American regional species (jack pine (Pinus banksiana), aspen (Populus tremuloides\ and birch (Betula papyrifera)) heat-treated under different conditions to understand the chemical and physical changes taking place and to compare these changes with those of untreated controlled samples when they are exposed to artificial weathering with and without water spray for various periods. Several techniques and tools were used such as color measurement, contact angle test for wettability analysis, Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for chemical analysis, florescence microscopy (FM), and scanning electron spectroscopy (SEM) for microscopic structural analysis. These provide a great deal of insight into the degradation process. The results show that color changes occurring during weathering of heat-treated woods are due to the increasing lignin condensation and decreasing extractives content on wood surfaces caused by heat treatment. Changes in wettability during weathering of heattreated wood are induced by the combination of surface structural and chemical modifications. Lignin in heat-treated woods is more sensitive to weathering than other components. It is proposed that the weathering mechanism of heat-treated woods consists of the degradation of lignin matrix and extractives, which lightens the wood color. As a result, the color difference between the color of heat-treated wood before weathering and the color of the same wood during weathering increases with exposure time. Then, the leaching of other polymers present on wood surface takes place, consequently, the color returns back to its initial state and the color difference declines. - Le traitement thermique du bois est une méthode qui consiste à chauffer le bois aux hautes températures entre 180°C et 240°C sans l'utilisation de produits chimiques additionnels, conduisant aux modifications physique et chimique des composés du bois. La teneur des polysaccharides amorphes diminue (hémicelluloses), les réactions de condensation et de déméthoxylation de la lignine ont lieu et certains extractibles du bois sont dégradés. Ceci confère au bois traité thermiquement de nouvelles propriétés physiques telles que la réduction de l'hygroscopicité, l'amélioration de la stabilité dimensionnelle, une meilleure résistance à la dégradation par les micro-organismes et les insectes ainsi qu'une couleur du bois plus foncée. Ces nouvelles propriétés avantageuses et attrayantes rendent le bois traité thermiquement populaire pour des applications extérieures et intérieures. Toutefois, le bois traité thermiquement, tout comme le bois non traité, est susceptible à la dégradation due aux facteurs environnementaux. L'exposition du bois traité thermiquement au rayonnement UV provoque une décoloration à la surface du bois. Cependant, les études sur la mouillabilité, les changements chimiques et microscopiques du bois thermiquement modifié après exposition au vieillissement accéléré sont très limitées. De plus, il n'y a aucune publication disponible dans la littérature sur l'altération du pin, du peuplier faux tremble et du bouleau blanc nord-américain traités thermiquement qui sont utilisés dans cette étude. Ce projet a pour but d'étudier les mécanismes de dégradation suite à l'altération de trois espèces de bois traité thermiquement des régions nord-américaines sous différentes conditions, pour comprendre les changements physiques et chimiques qui surviennent en comparaison aux échantillons témoins, non traités quand ils sont exposés au vieillissement accéléré avec et sans d'eau pour différentes périodes. Plusieurs techniques et outils ont été utilisés tels que la colorimétrie, la mesure de l'angle de contact pour l'analyse de la mouillabilité, la spectroscopie infrarouge (FTIR) et la spectroscopie photoélectron (XPS) pour l'analyse chimique, et la spectroscopie électronique à balayage (MEB) pour l'analyse structurelle et microscopique. Ces analyses et tests permettent de fournir les éléments pour une meilleure compréhension du processus de dégradation. Les résultats obtenus montrent que les changements de couleurs survenus pendant les tests de vieillissement accélérés du bois traité thermiquement étaient dus à l'augmentation de la condensation de la lignine et à la diminution de la teneur des extractibles à la surface du bois causées par le traitement thermique. Les changements de mouillabilité pendant la dégradation du bois traité thermiquement sont induits par la combinaison des changements structurels à la surface du bois et des modifications chimiques. La lignine du bois traité thermiquement est plus sensible aux tests de vieillissement que les autres composés. Le mécanisme de dégradation du bois traité thermiquement pourrait être dû à l'altération de la lignine et des extractibles, ce qui éclaircit la couleur du bois. La différence entre la couleur du bois traité thermiquement avant les tests de vieillissement et la couleur de la même essence de bois pendant le vieillissement augmente. Puis, le lessivage des autres polymères présents à la surface du bois prend place, par conséquent, la couleur reprend son état initial induisant ainsi une baisse dans la différence de couleur.

Le dégivrage au moyen d'actuateurs piézoélectriques est considéré comme une avenue prometteuse pour le développement de systèmes à faible consommation d'énergie applicables aux hélicoptères légers. Ce type de système excite des fréquences de résonances d'une structure pour produire des déformations suffisantes pour rompre l'adhérence de la glace. Par contre, la conception de tel système demeure généralement mal comprise. Ce projet de maîtrise étudie l'utilisation de méthodes numériques pour assister la conception des systèmes de protection contre le givre à base d'éléments piézoélectriques. La méthodologie retenue pour ce projet a été de modéliser différentes structures simples et de simuler l'excitation harmonique des fréquences de résonance au moyen d'actuateurs piézoélectriques. Le calcul des fréquences de résonances ainsi que la simulation de leur excitation a ensuite été validée à l'aide de montages expérimentaux. La procédure a été réalisée pour une poutre en porte-à-faux et pour une plaque plane à l'aide du logiciel de calcul par éléments finis, Abaqus. De plus, le modèle de la plaque plane a été utilisé afin de réaliser une étude paramétrique portant sur le positionnement des actuateurs, l'effet de la rigidité ainsi que de l'épaisseur de la plaque. Finalement, la plaque plane a été dégivrée en chambre climatique. Des cas de dégivrage ont été simulés numériquement afin d'étudier la possibilité d'utiliser un critère basé sur la déformation pour prédire le succès du système. La validation expérimentale a confirmé la capacité du logiciel à calculer précisément à la fois les fréquences et les modes de résonance d'une structure et à simuler leur excitation par des actuateurs piézoélectriques. L'étude révèle que la définition de l'amortissement dans le modèle numérique est essentiel pour l'obtention de résultats précis. Les résultats de l'étude paramétrique ont démontré l'importance de minimiser l'épaisseur et la rigidité afin de réduire la valeur des fréquences de résonance et à maximiser l'amplitude des déplacements, ce qui contribue à réduire la puissance requise pour dégivrer la structure. De plus, l'étude révèle que le positionnement des actuateurs piézoélectriques est optimal aux endroits de déplacement maximal du mode de vibration excité. La plaque plane a été dégivrée expérimentalement en utilisant une densité de puissance moyenne de 0.77 W/in2. Les simulations numériques avec glace suggèrent que des déformations approchant 200 um/m étaient atteintes pour les cas expérimentaux où le dégivrage fut un succès. Ainsi, en ce basant sur un critère de déformation de l'interface glace/substrat suffisamment conservateur, le modèle numérique pourrait servir à approximer la puissance requise pour dégivrer une structure en fonction du nombre et du positionnement des actuateurs. Ce projet de recherche a atteint son objectif en démontrant que les systèmes de dégivrage piézoélectrique peuvent être efficacement modélisés. Les méthodes décrites dans ce travail peuvent être utilisées pour assister à la conception d'un système optimal pour des structures plus complexes.