Dans le but d'établir un modèle informatique empirique visant à prédire l'évolution temporelle des charges mécaniques dues à l'accumulation de la glace atmosphérique sur les conducteurs de transport d'énergie électrique, cinq architectures de réseaux de neurones artificiels ont été étudiées et comparées. Deux réseaux de nature statique, soit le Perceptron multicouches (MLP) et le réseau à fonctions de base radiales (RBF), ainsi que deux réseaux orientés vers le traitement temporel, soit le réseau à réponse impulsionnelle finie (FIR) et le réseau récurrent Elman, ont été comparés à la régression linéaire multiple (ADALINE). Les données utilisées pour faire l'entraînement des modèles basés sur les réseaux de neurones proviennent du site instrumenté du Mont-Bélair qui fait partie du système de surveillance en temps réel SYGIVRE d'Hydro-Québec. On retrouve sur ce site une ligne de 315 kV dotée d'un capteur de force pour la mesure des forces mécaniques, plusieurs instruments météorologiques standards ainsi qu'un givromètre permettant d'évaluer l'intensité des conditions givrantes environnantes. Les modèles créés dans le cadre de cette recherche utilisèrent la température ambiante, la vitesse normale du vent et le signal du givromètre comme paramètres d'entrée et le signal de charge (ou son taux de variation) comme paramètre de sortie. Les résultats indiquent que les réseaux de neurones (le FIR par exemple) constituent un outil prédictif potentiellement avantageux ayant une puissance de représentation supérieure à des techniques statistiques simples comme la régression linéaire multiple. Les réseaux de neurones de nature statique donnent généralement de moins bons résultats que les réseaux orientés vers le traitement temporel et semblent donc moins adéquats. Toutefois, les performances affichées par les modèles montrent bien que la problématique de la prédiction des charges mécaniques de glace atmosphérique est plutôt difficile et qu'il ne faut pas considérer les réseaux de neurones comme une solution magique. L'utilisation de l'historique passé du signal de sortie comme variable d'entrée supplémentaire améliore notablement la situation cependant dans le cadre d'une prédiction en avance. Dans ce cas, les modèles fournissent une prédiction raisonnablement précise.

Ce travail concerne le développement d’un outil numérique pour résoudre des problèmes de plaques et de coques mécaniques et piézo-électriques multicouches. En d’autres termes, nous développons des éléments finis basés sur le modèle de Reissner-Mindlin pour l’analyse des problèmes mécaniques et piézoélectriques de plaques et de coques multicouches. Cet outil doit être le moins coûteux en termes de degrés de liberté, simple à utiliser pour modéliser le problème, sans aucune pathologie numérique classique et satisfaisant :vitesse de convergence et efficacité.Dans le domaine des éléments finis, il existe une théorie appelée La « théorie des déformations du cisaillement du premier ordre »(FSDT), utilisée pour résoudre des problèmes purement mécanique prenant en compte l’effet des contraintes en cisaillement transverse. Dans cette théorie, cinq degrés de liberté (trois translations et deux rotations), sont à chercher.Prenant en compte l’hypothèse d’une approximation du déplacement au niveau de la surface moyenne, en utilisant la loi constitutive 2D.Dans ce travail, nous présentons l’extension piézoélectrique de cette théorie pour des éléments finis quadratiques à huit nœuds pour résoudre des problèmes de plaques et de coques multicouches. En effet, la nouveauté dans ce travail est celle de considérer une loi constitutive 3D afin de calculer non seulement le déplacement transversal au niveau du plan moyen de chaque couche mais aussi les déplacements transversaux en surface supérieure et en surface inférieure de chaque couche. Cette approximation de l’épaisseur fait intervenir deux nouveaux degrés de liberté, qui seront très importants dans l’étude des plaques et des coques épaisses et semi épaisses.Le déplacement mécanique est approximé en utilisant une approche Equivalent Single Layer(ESL) et le potentiel électrique est , quant à lui, approximé par une approche LayerWise (LW).Cette évolution est proposée afin d’acquérir un bon compromis entre le minimum de degrés de liberté et le maximum d’efficacité. D’une part, l’approximation par élément fini pour le potentiel électrique, respectant les coordonnées de l’épaisseur est représenté par une variation linéaire au niveau de chaque couche. D’autres part ce potentiel est constant par élément en chaque interface, ce qui réduit le nombre d’inconnus pour la recherche du potentiel électrique résultant. Plusieurs tests numériques sont présentés dans le but d’évaluer les éléments mécanique et piézoélectrique de plaque PQ8P7 et PQ8P7PZ et de coque CQ8P8 et CQ8P8PZ ainsi que leurs capacités de résoudre les problèmes physiques auxquels ils sont dédiés, en comparant nos résultats aux solutions de référence. / The aim of this work is to develop a computational tool for a multilayred piezolelectic plates and shells: a low cost tool, simple to use and very efficient for both convergence velocity and accuracy, without any classical numerical pathologies. In the field of finite elements, there is atheory, called "First-order-shear deformation theories (FSDT) used for the mechanical part in much reserches, taking in account the transverse shear stress effects. There are only five unknows generalized displacement, taking the hypothesis of the midsurface displacement approximation using a 2D constitutive law. In This work we present the piezo electric extension of the FSDT eight nodes plate/shell finite element using seven unknows genralized displacement. Two new mechanical unknowns are added to approximate the thickness in the top and the bottom of the /shell, considering a 3D constitutive law, wich is very interesting study especialy for the thick plate/shell modelisation. The mechanical displacement is approximated using the equivalent single layer approch (ESL) and the electric potential is approximated using the layerwise approch (LW).An evolution is proposed in order to access the best compromise between minimum number of degrees of freedom and maximum efficiency. On one hand, a finite element approximation for the electric potential with respect to the thickness coordinate are presented a linear variation in each layer. On the other hand, the in-plane variation is constant on the elementary domain at each interface layer. The use of a constant value reduces the number of unknown electric potentials. Furthermore, at the post processing level, the transverse shear stress are deduced using the equilibrium equations.Numerous tests are presented in order to evoluate that capability of these electric potential approximations to give accurate results with respect to piezoelasticity or finite element reference solutions.

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Le présent mémoire s'inscrit dans le cadre du développement du procédé de formage incrémental des métaux en feuille, communément appelé incremental sheet forming ou ISF. Il s'agit d'une méthode de prototypage rapide où deux outils de formage sont numériquement commandés afin de déformer progressivement une tôle de métal pour obtenir une géométrie finale souhaitée. Le formage incrémental permet de produire des pièces de tôlerie en petite quantité sans avoir recours à un outillage onéreux dont la fabrication occasionne des délais considérables. Une fois l'approche de formage du laboratoire d'études des procédés de fabrication mécanique de l'Université Laval présentée, les outils numériques et métrologiques nécessaires au développement de cette approche sont décrits en trois temps. Le premier chapitre présente la démarche qui a été employée afin de modifier la machine de formage incrémental de l'Université Laval pour ainsi l'adapter adéquatement au contrôle en force et en épaisseur. Un modèle de déflexion de la machine y est également proposé. Le deuxième chapitre présente la mise en place d'un algorithme qui permet la génération des préformes nécessaires au formage incrémental à passes multiples en plus de proposer un autre algorithme qui offre la possibilité de suivre le déplacement de la matière de façon cinématique entre les préformes. Finalement, le troisième et dernier chapitre présente les procédures algorithmiques qui permettent la génération de trajectoires sur les surfaces planes des pièces produites par formage incrémental. Les différents outils développés dans le cadre de ce travail de recherche permettent notamment de fabriquer un cône tronqué à 85° avec succès : les déviations géométriques résultantes respectent la marge d'erreur acceptée par l'industrie ; la pièce est dépourvue de tout signe de rupture imminente ; la zone plane du fond de la pièce est travaillée de manière à obtenir une meilleure répartition de l'épaisseur locale. / This thesis is part of the development of the incremental sheet forming (ISF) process for sheet metal. This is a rapid prototyping method where two forming tools are digitally controlled to gradually deform a sheet of metal to achieve a desired final geometry. Incremental sheet forming allows the production of small quantities of sheet metal parts without expensive tooling, which usually results in significant delays in manufacturing. Once the chosen forming approach from the laboratoire d'étude des procédés de fabrication mécanique de l'Université Laval is presented, the digital and metrological tools needed for the development of this approach are described in three parts. The first chapter presents the approach used to modify Laval's incremental forming machine to adapt it adequately for force and thickness control. A specific machine deflection model is also proposed. The second chapter presents the implementation of a computer program that generates the preforms necessary for multi-stage incremental forming, as well as an algorithm that offers the possibility of tracking the material displacement cinematically between the preforms. Finally, the third and last chapter presents the algorithmic procedures that allow the generation of toolpaths on the flat surfaces of the parts produced by incremental sheet forming. The various tools developed in the context of this work allow, among other things, the successful manufacture of a truncated cone at 85°: the resulting geometric deviations respect the margin of error accepted by the industry, the part is devoid of any signs of imminent rupture and the flat area at the bottom of the part is formed to achieve a better distribution of local thickness.

Le monde des matériaux polymères fait face à de nombreux défis environnementaux car les ressources qu'il utilise ne sont généralement pas renouvelables. Une façon de pallier ce problème est de combiner des fibres naturelles renouvelables avec des polymères. Il faut cependant assurer une bonne adhérence interfaciale entre les deux phases afin de produire de bons composites. Les techniques existantes pour ce faire ont des limites d'implantation à grande échelle ou utilisent des substances possiblement dommageables pour l'environnement. Une solution qui pourrait permettre de résoudre ces problèmes est proposée dans le présent travail de recherche: l'extrusion à froid. Les facteurs suivants ont été testés sur les composites produits: la concentration de polymère et de fibres, la taille des fibres, le séchage des fibres et la configuration des vis de l'extrudeuse. Afin de vérifier l'efficacité relative de l'extrusion à froid, une technique de compatibilisation appliquée sur les fibres et reconnue comme efficace a été effectuée sur certains échantillons pour comparer son effet à celui de l'extrusion à froid: le traitement en solution et l'ajout d'agent couplant. Des échantillons ont aussi été produits par extrusion à chaud (état fondu) sans compatibilisation afin de comparer l'extrusion à froid avec l'absence de traitement (échantillon de contrôle). Les analyses effectuées sur les fibres traitées ont montré que le traitement standard a été efficace, mais les analyses morphologiques effectuées sur les composites ont montré que l'extrusion à froid ne permettait pas de compatibiliser le polymère et les fibres. Les analyses mécaniques ont montré que l'extrusion à froid n'apportait que très peu de différence aux propriétés mécaniques, comparativement au traitement fait sur les fibres. On peut donc conclure que cette technique,sous sa configuration actuelle,ne permet pas de compatibiliser les phases présentes et plus de travail est nécessaire pour améliorer les résultats obtenus. / The world of polymeric materials is facing several environmental challenges since the resources its using are generally non-renewable. One way to alleviate this problem is to mix natural fibers with polymers. The problem that needs to be solved to produce good composites based on polymers and natural fibers is their lack of interfacial adherence. The existing techniques to achieve this have limitations regarding their large-scale implementation or use chemicals that are potentially harmful to the environment. A potential solution to solve these problems is explored in this research work: cold extrusion. These factors were tested on the composites produced: the concentration of polymer and fiber, the fibers size, fiber drying and screw configuration of the extruder. To assess the efficiency of cold extrusion, a compatibilization technique was also applied to the fibers (solution treatment and coupling agent addition) and tested on some samples to compare its effect compared to that of cold extrusion. Some samples were also produced by standard hot (melt) extrusion without compatibilization to compare cold extrusion to the case without treatment (control sample). The analysis performed on the treated fibers showed that the fiber treatment was effective, but a morphological analysis performed on the composites showed that cold extrusion did not yield a compatibilization between the polymer and the fibers. Mechanical analysis showed that cold extrusion led to very little change in the mechanical properties as compared to the fiber treatment. It can be concluded that this technique,under its current configuration,does not compatibilize these phases and more work is needed to improve on these results.

Le comportement en fatigue multiaxiale des polymères semi-cristallins non-renforcés est un sujet relativement peu abordé, en particulier du point de vue de la fatigue à grand nombre de cycles et de la formulation de critères d'endurance. Cette étude sur le polyéthylène haute densité avait deux objectifs : (i) caractériser la tenue en fatigue multiaxiale et formuler un critère d'endurance et (ii) comprendre les facteurs d'influence du comportement cyclé pour tenter d'identifier le(s) grandeur(s) critique(s) ou cumul(s) de grandeur(s) qui amènent à la fin de vie de l'éprouvette. Des essais de fatigue multiaxiaux (traction, torsion, compression) ont été réalisés sur des éprouvettes tubulaires minces en PEHD, avec une fréquence constante, une forme d'onde triangulaire et différents rapports de charge R (0, -1 et -\infty). L'auto-échauffement de l'éprouvette a été réduit au minimum par la conception d'une enceinte thermique et les résultats ont été interprétés dans un cadre d'hypothèse isotherme pour la construction du critère. Un critère de fin de vie a été défini préalablement puisque la fin de vie de l'éprouvette intervient par une localisation macroscopique de la déformation. Il est basé sur la détection du début de l'adoucissement observé sur la cinétique de la déformation maximale. Ce critère est applicable à l'ensemble des conditions de sollicitation explorées, c'est-à-dire pour les trois trajets de chargement et les deux rapports de charge. Sur la base de ce critère de fin de vie, des courbes S-N ont pu être construites et un critère de fatigue a été proposé pour décrire le comportement en fatigue multiaxiale. Ce critère est construit en combinant les valeurs moyennes et maximales du deuxième invariant de la partie déviatorique du tenseur des contraintes. Il a été confronté à d'autres critères usuels, en contraintes principales notamment. Le critère proposé semble garder sa pertinence en l'appliquant sur un autre thermoplastique (Polypropylène), mais sa validité doit être confortée pour d'autres situations de chargement (essais combinés, rapports de charge plus élevés, autre gamme de fréquence, autres formes d'ondes...). Quelques aspects généraux ont été finalement discutés quant à la façon de caractériser la tenue en fatigue de ces matériaux : choix de la fréquence, analyse en vitesse de chargement, opportunité des méthodes accélérées d'auto-échauffement. Dans ce domaine de sollicitations, le second objectif était d'analyser les contributions viscoélastique, viscoplastique, d'endommagement sur l'évolution de la réponse cyclique conduisant à la fin de vie. Pour cela, les évolutions de température, de déformations, de forme des boucles d'hystérésis ont d'abord été examinées dans un cadre large (sollicitations multiaxiales, gamme de fréquences et de rapports de charge, conditions d'échanges thermiques). La dépendance en vitesse et les recouvrances menées après différents nombres de cycles indiquent qu'une part importante de la déformation générée au cours du cyclage est recouvrable, et font apparaître une contribution croissante mais mineure de la plasticité et/ou de l'endommagement au cours du cyclage. En conséquence, deux effets liés à la viscoélasticité ont été étudiés : le rôle du fluage sous l'effet de la contrainte moyenne et l'influence de l'histoire du chargement. Dans les conditions choisies, le cyclage a un effet accélérateur sur la déformation par rapport au fluage sous la même contrainte moyenne, mais l'histoire du chargement ne semble pas modifier notablement les mécanismes et en particulier la part de déformation plastique.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la dégradation par fatigue des structures nucléaires. Dans un premier temps, des essais de propagation d'une fissure longue par fatigue ont été menés sur des éprouvettes CT et SENT, dans l'acier inoxydable austénitique 304L, pour différentes conditions d'essai. Les influences d'une pré-déformation initiale ainsi que l'histoire du chargement sur le niveau de fermeture ont ainsi été mises en évidence et quantifiées. La comparaison d'essais sous air et sous vide a également permis de confirmer les effets d'environnement. Un second volet expérimental a porté sur la propagation d'une fissure courte pour différentes amplitudes constantes du facteur d'intensité de contraintes, avec un rapport de charge R = 0,1, sous air. La fermeture a été mesurée pour différentes longueurs de fissure obtenues par usinage progressif du sillage plastique puis par propagation d'une fissure courte 2D. Une méthode de détermination automatique du niveau de fermeture a été mise en place, permettant une détection précise pour des longueurs de fissure minimales de 0,1mm. L'influence prépondérante de la longueur de la fissure sur la fermeture a ensuite été identifiée. Des calculs tridimensionnels par éléments finis ont ensuite été réalisés sur le code ABAQUS, avec prise en compte du sillage plastique et de la fermeture par plasticité. Les essais numériques ont permis de retrouver, en les expliquant, les différents résultats expérimentaux précédemment obtenus.

Résumé: Ce travail se veut une analyse conceptuelle de certains développements récents dans les fondements mathématiques de la Mécanique Classique et de la Mécanique Quantique qui ont permis de formuler ces deux théories dans un même langage. Du point de vue algébrique, l’ensemble des observables d’un système physique, soit-il classique ou quantique, est décrit par une algèbre de Jordan-Lie. Du point de vue géométrique, l’espace des états de tout système est décrit par un espace uniforme de Poisson avec transition de probabilité. Ces deux structures mathématiques sont ici interprétées comme une manifestation du double rôle constitutif des propriétés en physique : elles sont à la fois des quantités et des transformations. Il s’agit alors de comprendre l’articulation précise entre ces deux rôles. Au cours de l’analyse, il apparaîtra que la Mécanique Quantique peut être vue comme se distinguant de la Mécanique Classique par une condition de compatibilité entres les quantités et les transformations.D’autre part, cette thèse met en évidence l’existence d’une tension fondamentale entre une certaine façon abstraite de concevoir les structures mathématiques, présente dans la pratique de la physique mathématique, et la nécessité de spécifier des états ou des observables particulières. Il devient alors important de comprendre comment, dans le formalisme, se construit un schéma d’indexation. La “poursuite de l’individuation” est l’analyse de différentes techniques mathématiques vues comme tentatives de résolution ce problème. En particulier,nous discuterons comment la théorie des groupes permet d’y apporter une solution partielle. / This work is a conceptual analysis of certain recent developments in the mathematical foundations of Classical and Quantum Mechanics which have allowed to formulate both theories in a common language. From the algebraic point of view, the set of observables of a physical system, be it classical or quantum, is described by a Jordan-Lie algebra. From the geometric point of view, the space of states of any system is described by a uniform Poisson space with transition probability. Both these structures are here perceived as formal translations of the fundamental two fold role of properties in Mechanics: they are at the same time quantities and transformations. The question becomes then to understand the precise articulation between these two roles. The analysis will show that Quantum Mechanics canbe thought as distinguishing itself from Classical Mechanics by a compatibility condition between properties-as-quantities and properties-as-transformations. Moreover, this dissertation shows the existence of a tension between a certain ‘abstractway’ of conceiving mathematical structures, used in the practice of mathematical physics, and the necessary capacity to specify particular states or observables. It then becomes important to understand how, within the formalism, one can construct a labelling scheme. The “Chasefor Individuation” is the analysis of diferent mathematical techniques which attempt to overcome this tension. In particular, we discuss how group theory furnishes a partial solution

Le fil conducteur de mon activité de recherche est l'étude des interactions entre le procédé de mise en œuvre, la microstructure et les propriétés des matériaux. Depuis 2004, je me suis concentré sur l'incorporation de nanoparticules inorganiques dans des matrices polymères et des matériaux composites composés d'une matrice et d'un renfort fibreux. Plusieurs mots-clés reviennent régulièrement tout le long de ce mémoire. Ils sont l'ossature de mon travail : * mesure de la morphologie et de la dispersion effectives des nanoparticules après mélange dans une matrice. Elles sont rarement prises en compte. En général on se contente de la taille des particules élémentaires sans tenir compte des phénomènes d'agrégation et d'agglomération durant la mise en œuvre. Les techniques d'analyse d'image peuvent apporter des informations micro et nano-scopiques pertinentes pour expliquer des comportements macroscopiques jugés au premier abord aberrants ; * modélisation des microstructures. L'augmentation des moyens de calcul permet d'envisager des simulations à grande échelle par dynamique moléculaire mais elles sont encore très couteuses. L'utilisation de la mécanique des milieux continus, à une échelle bien en-deçà des hypothèses fondatrices, est une solution alternative et pertinente du point de vue du ratio qualité/temps de calcul ; * comportement sous sollicitations mécaniques. Le but final de ces nouveaux matériaux est l'allègement des structures. Il est donc essentiel de connaître et d'être capable de prévoir leurs comportements sous sollicitations afin d'alimenter correctement les concepteurs de systèmes et de produits intégrant ces matériaux. Les essais mécaniques à l'échelle macroscopique restent aujourd'hui le meilleur moyen de déterminer ces lois de comportement. A ceci s'ajoute le développement d'essais mécaniques originaux nécessaires pour étudier ces matériaux aux structures et propriétés nouvelles.

Avant la généralisation des toiles vers le XVI-XVIIème siècle, le bois a servi de support à d'innombrables peintures qui constituent aujourd'hui une part importante, dans les musées et les églises notamment, de notre patrimoine culturel. Après plusieurs siècles d'existence, les planches servant de support aux panneaux peints sont très souvent courbées : cette courbure est généralement imputée à la présence unilatérale de la couche picturale, imposant des échanges asymétriques d'humidité entre le bois, matériau hygroscopique, et son environnement de conservation. Par ailleurs il existe dans ces déformations une forte contribution de l'orthotropie cylindrique du bois qui est une conséquence de la croissance des arbres. Enfin, l'historique des variations hygrométriques à proximité d'un panneau peint renvoie à l'étude plus générale du comportement thermo-hygro-mécanique différé du bois. Une compréhension d'ensemble de ces phénomènes doit permettre d'orienter des décisions difficiles de conservation, notamment celles relatives au déplacement des œuvres ou à la maîtrise des environnements dans les musées. Nous proposons dans ce travail une approche générale de mécanique du matériau et des structures bois appliquée aux panneaux peints. La méthode utilisée intègre des moyens expérimentaux en laboratoire et sur des œuvres in-situ, des méthodes numériques, et l'accent est mis sur le lien fort existant entre les aspects " comportement " propres au bois (anisotropie, couplages hygromécaniques, etc.) et les aspects de structure relatifs aux panneaux peints (débit des planches, efforts extérieurs dus à leur assemblage, etc.). Un outil de calcul basé sur la modélisation mécanique des plaques orthotropes est développé. Il prend appui sur un code préexistant de transfert de masse et de chaleur décrivant les mouvements d'eau dans le support. Ce code de calcul complet est utilisé notamment sur un cas d'étude : un panneau peint de 500 ans environ, en situation d'exposition dans une église.