Cette thèse de doctorat porte sur la modélisation numérique du comportement des sables à l'aide de la loi de comportement NorSand-aUL. Cette loi, développée dans le cadre de ce projet de recherche, est une évolution du modèle NorSand spécifiquement adaptée à la modélisation du comportement des sables soumis à des sollicitations cycliques. La révision des performances de NorSand sous différents types de sollicitations (triaxial compression, cisaillement simple statique et cyclique, cisaillement à direction et ratio des contraintes principales contrôlés) a permis l'identification de certains points faibles du modèle, rendant ses modélisations du comportement des sables sous sollicitations cycliques insatisfaisantes. Afin de corriger ces lacunes, deux groupes de modifications ont été proposés. D'abord, la théorie de l'état critique anisotrope a été implémentée dans NorSand, afin d'y créer une dépendance vis-à-vis du type et de la direction des chargements. Cette modification a grandement amélioré les performances du modèle pour la modélisation du comportement encisaillement simple statique. La deuxième modification proposée s'est articulée autour de la formulation d'une nouvelle mécanique de génération de la plasticité lors du déchargement des sables. L'existence d'une deuxième surface de plasticité, nichée à l'intérieur de la surface de plasticité originale de NorSand, a été postulée. Les capacités de modélisation d'une version de NorSand incorporant cette nouvelle mécanique ont été confirmées grâce à la modélisation d'essais triaxiaux drainés et non drainés comprenant des phases de déchargement. Les deux modifications proposées au modèle NorSand au cours de ce projet de recherche ont finalement été agrégées pour mener à la formulation de NorSand-aUL. Ce nouveau modèle a été utilisé pour la modélisation d'essais de cisaillement simple cyclique effectués sur deux sables. Ces modélisations ont démontré les gains réalisés, particulièrement pour les essais effectués sur sable lâche, par rapport aux performances antérieurement obtenues à l'aide de la version originale de NorSand. Des axes de recherche future ont été proposés afin d'améliorer les performances de NorSand-aUL, notamment pour la modélisation du comportement des sables denses soumis à des sollicitations cycliques. / This PhD thesis deals with the numerical modelling of sand behaviour using the NorSandaUL constitutive law. This law, developed as part of this research project, is an evolution ofthe NorSand model specifically adapted to the modelling of sand behaviour under cyclicloading. The review of NorSand's performance under various types of loading (triaxial compression, static and cyclic simple shear, fixed principal stress direction and fixed principal stress ratio) has allowed the identification of certain weak points in the model, making its behaviour modellings under cyclic loading unsatisfactory. In order to address these short comings, two groups of modifications were proposed. First, the anisotropic criticalstate theory was implemented in NorSand, in order to create a dependency on the type and direction of loading. This modification greatly improved the performance of the model for predicting static simple shear behavior. The second proposed modification focused on the formulation of a new mechanics for the generation of plasticity during unloading. The existence of a second yield surface, nested within the original NorSand yield surface, was postulated. The modelling capabilities of a version of NorSand incorporating this new mechanics were confirmed by satisfactory modelling results of drained and undrained triaxialtests which included unloading phases. The two modifications to NorSand proposed over the course this research project were eventually aggregated to lead to the formulation of NorSand-aUL. This new model was used to model cyclic simple shear tests for two sands. These modelling results demonstrated the gains made, particularly for tests conducted on loose sands, compared to the performance previously obtained using the original version of NorSand. Areas for future research were proposed to improve the performance of NorSandaUL, particularly in modelling the behaviour of dense sands under cyclic loading.

Ce travail évalue le comportement mécanique des matériaux cimentaires à différentes échelles de distance. Premièrement, les propriétés mécaniques du béton produit avec un bioplastifiant à base de microorganismes efficaces (EM) sont etudiées par nanoindentation statistique, et comparées aux propriétés mécaniques du béton produit avec un superplastifiant ordinaire (SP). Il est trouvé que l’ajout de bioplastifiant à base de produit EM améliore la résistance des C–S–H en augmentant la cohésion et la friction des nanograins solides. L’analyse statistique des résultats d’indentation suggère que le bioplastifiant à base de produit EM inhibe la précipitation des C–S–H avec une plus grande fraction volumique solide. Deuxièmement, un modèle multi-échelles à base micromécanique est dérivé pour le comportement poroélastique de la pâte de ciment au jeune age. L’approche proposée permet d’obtenir les propriétés poroélastiques requises pour la modélisation du comportoment mécanique partiellement saturé des pâtes de ciment viellissantes. Il est montré que ce modèle prédit le seuil de percolation et le module de Young non drainé de façon conforme aux données expérimentales. Un metamodèle stochastique est construit sur la base du chaos polynomial pour propager l’incertitude des paramètres du modèle à travers plusieurs échelles de distance. Une analyse de sensibilité est conduite par post-traitement du metamodèle pour des pâtes de ciment avec ratios d’eau sur ciment entre 0.35 et 0.70. Il est trouvé que l’incertitude sous-jacente des propriétés poroélastiques équivalentes est principalement due à l’énergie d’activation des aluminates de calcium au jeune age et, plus tard, au module élastique des silicates de calcium hydratés de basse densité. / This work assesses the mechanical behavior of cement-based materials through different length scales. First, the mechanical properties of concrete produced with effective microorganisms (EM)-based bioplasticizer are investigated by means of statistical nanoindentation, and compared to the nanomechanical properties of concrete produced with ordinary superplasticizer (SP). It is found that the addition of EM-based bioplasticizer improves the strength of C–S–H by enhancing the cohesion and friction of solid nanograins. The statistical analysis of indentation results also suggests that EM-based bioplasticizer inhibits the precipitation of C–S–H of higher density. Second, a multiscale micromechanics-based model is derived for the poroelastic behavior of cement paste at early age. The proposed approach provides poroelastic properties required to model the behavior of partially saturated aging cement pastes. It is shown that the model predicts the percolation threshold and undrained elastic modulus in good agreement with experimental data. A stochastic metamodel is constructed using polynomial chaos expansions to propagate the uncertainty of the model parameters through different length scales. A sensitivity analysis is conducted by post-treatment of the meta-model for water-to-cement ratios between 0.35 and 0.70. It is found that the underlying uncertainty of the effective poroelastic proporties is mostly due to the apparent activation energy of calcium aluminate at early age and, later on, to the elastic modulus of low density calcium-silicate-hydrate.

Les maladies cardiovasculaires représentent une des principales causes de décès dans le monde et différentes actions sont en place depuis des décennies pour comprendre les mécanismes d’action de ces maladies et leur impact sur le corps humain. Dans l’optique de venir en aide aux personnes souffrant de ces maladies, le génie tissulaire vasculaire émerge comme une technologie prometteuse afin de favoriser la régénération des tissus et des organes endommagés. Cependant, les modèles issus du génie tissulaire, en plus d’être biologiquement et chimiquement comparables au tissu natif, doivent également présenter des propriétés mécaniques permettant aux modèles de répondre aux différentes fonctions physiologiques. Dans cette optique, il est nécessaire de concevoir, optimiser et développer une série d’essais permettant de vérifier les performances mécaniques des constructions regénérées. De nombreuses approches ont été déployées dans ce domaine contenant chacune ses avantages et ses inconvénients, mais il n’existe pas, à l’heure actuelle, aucun standard sur le protocole des essais mécaniques à préconiser avec un échantillon spécifique. Dans ce contexte, le projet de ce mémoire a été de concevoir et de valider des protocoles de caractérisation mécanique non-conventionnels appliqués spécifiquement à des tissus vasculaires. Tout d’abord, un protocole pour la caractérisation mécanique de gels de collagène en configuration plane à été développé. Ensuite, ce protocole à été étendu pour la modélisation numérique afin d’étudier l’applicabilité d’un modèle poro-viscoélastique. Par la suite, des protocoles expérimentaux ont été développés afin de permettre la densification de gel de collagène ainsi que leur caractérisation mécanique. Enfin, une caractérisation expérimentale d’aortes de souris calcifiées à été réalisée. Dans son ensemble, l’étude exécutée dans le cadre de cette maîtrise à permis l’approfondissement des connaissances dans le domaine de la caractérisation mécanique des tissus mous viscoélastiques. Ce mémoire présente également d’autres techniques de caractérisation mécanique pour différents types de tissus vasculaires. D’autres protocoles de tests développés dans le cadre de collaboration avec d’autres groupes de recherche sont décrits dans ce mémoire. / Cardiovascular diseases represent one of the principal causes of death worldwide. It is therefore of high importance to improve our understanding of their mechanisms of action and their impact on health. To help people suffering from these diseases, tissue engineering is emerging as a promising technique for developing regenerated constructs to replace diseased tissues and organs. However, apart from being biologically compatible, the developed construct also needs to have mechanical properties like the one of native tissues. It is therefore necessary to perform mechanical characterization on the tissue engineered construct to validate its suitability. When it comes to mechanical characterization, a lot of approaches are used by different research groups as there is absolutely no standard in this field. In this context, the objective of this thesis is to develop and validate non-conventional mechanical characterization protocols specific to soft tissues for vascular application. First, a testing protocol was developed to characterize disk-shaped collagen gel samples. Secondly, the same collagen gel, but in tubular geometry, were densified and also characterized. Finally, a mechanical testing protocol and device was developed in order to characterize very small caliber blood vessels, such as mouse aortas. This thesis also presents other techniques for mechanical characterization used for vascular tissue, as along with protocols developed in the process of external collaboration with different research groups.

Cette étude décrit un élément clef du projet COSTA-Canada (Continental Slope Stability), visant à étudier la dynamique d'écoulement de mouvements de masse sous-marins. C'est maintenant bien connu que les glissements sous-marins sont beaucoup plus mobiles et impliquent de plus grands volumes de sédiments que leurs homologues subaériens. Lorsqu'on est confronté aux risques naturels de nature géologique, il est important de bien comprendre l'influence des caractéristiques rhéologiques sur les glissements subaériens et sous-marins. En effet, les glissements sous-marins représentent un danger pour les vies humaines et les biens, et aussi un risque potentiel de tsunamis. Dans la phase post-rupture, le sol peut faire l'expérience de grandes déformations sous certaines plages de contraintes de cisaillement. Ce phénomène peut réduire la résistance au cisaillement du sol lors du cisaillement avec ajout d'eau. Les caractéristiques des sédiments sont contrôlées par leurs propriétés rhéologiques. Il est clair que le comportement visqueux du sol est ainsi dominant sur le frottement dans le cas des mouvements de masse sous-marins. Il reste encore plusieurs points importants à éclaircir, comme la caractérisation des matériaux composant la coulée et les limites critiques des matériaux visqueux et granulaires. Le comportement rhéologique peut également être influencé par la granulométrie, la minéralogie, et la salinité. De plus, les liens structuraux peuvent avoir un impact significatif sur les propriétés rhéologiques. Ce comportement est aussi relié à l'effet de la viscosité pseudo-Newtonienne. Afin d'examiner des paramètres géotechniques et rhéologiques, trois groupes de sols ont été choisis : (1) matériau non-gonflant; (2) matériau gonflant; (3) matériau silteux. En plus, la compatibilité entre des modèles rhéologiques bien connus et les donnés expérimentales a été étudiée. Les principales contributions que cette thèse amène sont: (1) une estimation simple de plages possibles des propriétés rhéologiques pour différentes granulométries; (2) une meilleure compréhension des comportements rhéologiques des matériaux gonflants et silteux dans un mouvement de masse sous-marin comparé aux matériaux non-gonflants; (3) une meilleure compréhension des transformations de la coulée lors d'infiltration d'eau causant l'augmentation de la mobilité du mouvement de masse sous-marin; (4) une évaluation du seuil d'écoulement et de la viscosité critiques déterminant le passage de l'état remanié à l'état fluide. / This study describes one of the key objectives of the COSTA-Canada (Continental Slope Stability) project, which aims at studying the flow dynamics of submarine mass movements. It is now well known that submarine landslides are much more mobile and tend to involve larger volumes than subaerial landslides. When dealing with natural geo-hazards it is important to understand the influence of flow characteristics on the subaerial and subaqueous mass movement. Indeed, submarine landslides represent a significant hazard to the property and life as well as the potential tsunamis hazard. In the post-failure stage, the soil could experience a large deformation within a certain range of shear rates. This process can reduce the inherent shear strength during mixing with ambient water. As a result, the characteristics of sediments are most likely governed by the rheological properties. Therefore it seems clear that the viscous effects are dominant rather than frictional behavior in subaqueous debris flows. There are still many important questions that need answering: for example, the characterization of the material from which the flow is composed and the critical limit from viscous to granular behavior. Also, the rheological behavior can be influenced by the grain size, mineralogy, and salinity. In addition, the structural bondings at low shear rate can have a significant impact on the rheological properties. It is also related to the effect of pseudo-Newtonian viscosity. To investigate the geotechnical and rheological properties, three groups of soils were selected for convenience : (1) non-swelling material ; (2) montmorillonite-rich material ; (3) silt-rich material. Furthermore, the compatibility of well-known rheological models on the experimental data was examined. The main contributions of this thesis are : (1) a simple estimate of possible range of rheological properties with respect to the grain sizes and/or liqudity indices; (2) a better understanding of rheological behaviors of swelling and silt-rich materials in submarine mass movements compared to the non-swelling materials; (3) a better understanding of flow transformation due to water infiltration causing the high mobility in submarine mass movements; (4) an evaluation of the critical yield stress and plastic viscosity to transform from remoulded into fluidized state.

Le comportement mécanique du bois dépend fortement de la température, de la teneur en humidité, de la géométrie de la pièce, ainsi que de l’historique de sorption. Il est alors indispensable de caractériser le comportement du bois sous l’action mixte de la température, de l’humidité relative et d’une charge mécanique pour en prédire le comportement durant l’utilisation et pour mieux maîtriser les procédés de transformation et également obtenir un matériau pouvant répondre à des besoins bien spécifiques. L’objectif de cette étude a été de déterminer le comportement viscoélastique et mécanosorptif du bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), en utilisant des essais de fluage-recouvrance sous conditions d’humidité relative constantes et variables. Les essais de fluage-recouvrance ont été réalisés sur des échantillons de bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), de 110 mm de longueur (R), 25 mm de largeur (T) et 7 mm d’épaisseur (L). Des essais ont été réalisés dans un environnement contrôlé à 30°C ± 0,5°C de température et à 37%, 67% et 83% ± 2% d’humidité relative pour les essais en conditions constantes et entre 37% et 83% d’humidité relative pour les essais en conditions variables. Les essais ont été réalisés sous différents niveaux de charge appliquée. Ils ont permis de mesurer simultanément la déformation superficielle en utilisant des jauges électriques et la flèche maximale en utilisant des capteurs de déplacement. Les résultats ont montré l’impact des niveaux de charge et de la teneur en humidité d’équilibre sur le fluage du bois. Les résultats ont aussi confirmé le comportement linéaire viscoélastique du fluage du bois et la présence de l’effet mécanosorptif pendant les changements d’humidité relative. Les résultats obtenus peuvent aider à mieux comprendre le comportement des planchers de bois d’érable à sucre pendant leur utilisation.

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 décembre 2023) / Les propriétés mécaniques des prothèses dentaires complètes amovibles fabriquées par la méthode conventionnelle de mise en moufle par compression et par la technologie d'usinage sont bien documentées dans la littérature actuellement. Toutefois, les études discutant des propriétés mécaniques des bases de prothèses imprimées sont rares. L'objectif de ce projet est de comparer la ténacité à la fracture, la résistance à la flexion et le module d'élasticité de cinq différents matériaux de base de prothèses, produits par trois techniques différentes (conventionnelle, usinage et impression), sous trois différents protocoles de vieillissement à l'eau distillée (0, 7 et 30 jours). En respect de la Norme ISO 20795-1 s'appliquant aux polymères pour base de prothèses dentaires, un total de 750 échantillons a été produit, soit 150 échantillons pour chacun des 5 matériaux à l'étude : Lucitone 199 pour la technique conventionnelle, Lucitone 199 disque pour l'usinage ainsi que Formlabs, Dentca Denture Base 3 et Dentca Denture Base 4 pour l'impression. Les échantillons ont ensuite été polis, vieillis à l'eau distillée et soumis aux divers tests de propriétés mécaniques. La comparaison des données obtenues révèle une différence statistiquement significative entre les divers matériaux, et ce, pour chacun des groupes de vieillissement. Dans les limites de cette étude in vitro, le vieillissement par l'eau réduit la résistance en flexion et le module d'élasticité pour tous les échantillons à l'étude ainsi que la ténacité à la fracture pour les matériaux conventionnel et d'usinage. Le matériau d'impression de Formlabs est celui qui présente les plus grandes valeurs de résistance en flexion et de module d'élasticité. Pour la ténacité à la fracture, les matériaux conventionnel et d'usinage sont ceux présentant les plus grandes valeurs. De façon générale, les échantillons produits à partir des matériaux conventionnel et d'usinage sont moins affectés par le vieillissement que les résines d'impression à l'étude. / Mechanical properties of removable complete denture prostheses manufactured by conventional compression molding and by machining technology are well documented in the literature. However, studies discussing mechanical properties of 3d-printed prosthesis bases are scarce. The aim of this project is to compare the fracture toughness, flexural strength and modulus of elasticity of five different denture base materials, produced by three different techniques (conventional, machining and printing), under three different distilled water aging protocols (0, 7 and 30 days). In compliance with ISO 20795-1 applied to polymers for denture base materials, a total of 750 samples were produced, i.e., 150 samples for each of the 5 selected materials: Lucitone 199 for the conventional technique, Lucitone 199 disc for machining and Formlabs, Dentca Denture Base 3 and Dentca Denture Base 4 for printing. The samples were then polished, aged in distilled water, and subjected to mechanical properties testing. Comparison of the data obtained revealed a statistically significant difference between the various materials for each aging group. Within the limits of this in vitro study, water aging reduced flexural strength and modulus of elasticity of all studied specimens, as well as fracture toughness for both conventional and machined materials. Formlabs printing material had the highest values for flexural strength and modulus of elasticity. For fracture toughness, conventional and machined materials have the highest values. Samples produced from conventional and machined materials are less affected by aging compared to printed resins

Des panneaux sandwichs thermoplastiques imprimés en 3D avec des cœurs en nid d'abeille sont étudiés afin d'être utilisés dans la conception d'engins d'exploration lunaire. C'est dû à leur rigidité en flexion élevée, leur faible densité et leur basse conductivité thermique. Les matériaux thermoplastiques ne sont pas aussi bien documentés en termes de comportement mécanique que d'autres matériaux. La recherche est donc nécessaire pour prédire le comportement mécanique de structures en composite thermoplastique fabriquées par impression 3D. À cette fin, ce projet avait trois objectifs principaux. Le premier était de caractériser le comportement mécanique d'un polymer thermoplastique (polylactide ou PLA) imprimé en 3D. Le deuxième était de prédire le comportement mécanique de panneaux sandwichs en PLA avec des simulations. Le troisième était de développer un modèle homogénéisé du cœur en 2D pour les simulations à grande échelle. Les spécimens en PLA ont été caractérisées en traction et en compression. Un module d'élasticité en traction de 2,46 ± 0,07 GPa et un module d'élasticité en compression de 2,68 ± 0,04GPa ont été mesurés. Des essais ont également été réalisés pour des panneaux imprimés soumis à des chargements de compression hors-plan, de flexion trois-points et d'indentation. Ces essais ont été ensuite modélisés par éléments finis. Les modèles 3D, constitués d'éléments coques 2D pour modéliser les cellules du cœur et les peaux, ont prédit le module d'élasticité et la contrainte maximale à 10 % près pour la compression et la flexion. Les modes de flambement, cependant, n'ont pas été si bien modélisés par les simulations de compression et d'indentation, ce qui montre une limite de la méthode. Ce modèle a été ensuite utilisé pour déterminer les propriétés élastiques équivalentes du cœur Ces propriétés, ainsi que les propriétés calculées par des méthodes analytiques, ont été appliquées à des modèles 2D représentatifs des panneaux sandwichs. En comparant ces modèles, il a été établi que le comportement linéaire en traction et en compression dans le plan était similaire. En flexion, le modèle qui utilise des propriétés équivalentes obtenues analytiquement prédit à moins de 5 % la rigidité du modèle 3D complet, tandis que le modèle qui utilise des propriétés équivalentes obtenues numériquement était à moins de 15 %. Étant donné qu'un modèle analytique précis ne sera pas disponible pour prédire les propriétés équivalentes pour chaque géométrie de cœur et pour des matériaux non-isotropes, utiliser es propriétés équivalentes du cœur obtenues par éléments finis dans un modèles coques 2D qui représente le panneau sandwich est une méthode valide pour prédire le comportement mécanique d'une structure sandwich. Avec ce modèle premier comme base, les travaux de modélisation s'étendre aux composites thermoplastiques renforcé par des fibres de carbone qui serviraient à concevoir un engin d'exploration lunaire résistant à son environnement. D'autres travaux peuvent également être effectués sur différents panneaux qui, grâce à la flexibilité de l'impression 3D, ont une densité ou une géométrie variable. Ces panneaux sandwichs aideront à optimiser la structure d'un engin d'exploration lunaire capable de survivre à des cycles jour-nuit complets sur la lune. / 3D printed thermoplastic composite sandwich panels with honeycomb cores are being researched as a structural element for lunar rovers. This is for their high flexural rigidity, low density, and low thermal conductivity. However, thermoplastic materials are not aswell-documented in terms of structural behaviour as other commonly-used materials like aluminum. Therefore, work is needed to develop a model for these thermoplastics. To that end, this project had three main objectives. The first was to characterize a 3D printed thermoplastic polymer (polylactic acid or PLA). The second was to establish a model to predict the mechanical behaviour of printed honeycomb core sandwich panels. The third was to develop an equivalent core model for large-scale simulations. Parts made with PLA were characterized in tension and compression. These tests measured an elastic modulus in tension of 2.46 ± 0.07 GPa and an elastic modulus in compression of 2.68 ± 0.04 GPa. Tests were also performed for printed panels undergoing out-of-plane compression, three-point bending, and indentation, which were then simulated. Three-dimensional simulation models, constructed by modelling the core cells and the skins with two-dimensional shell elements, accurately predicted the elastic modulus and maximum stress to within 10% for both the compression and bending simulations. The buckling modes were less accurately modelled for both compression and indentation simulations, which shows the limit of the current method's predictive capabilities. This model was then used to determine the equivalent elastic properties of the honeycomb core. These properties, along with properties calculated analytically, were applied to 2D plate models that represented the sandwich panels. Comparing these models, it was found that the linear behaviour for in-plane tension and compression were very similar. In bending it was found that the core model that used analytically determined equivalent properties predicted within 5 % the rigidity of the full 3D model. The 2D core model that used numerically determined equivalent properties was within 15 %. Given that a precise analytical model is not available for every core geometry and for non-isotropic materials, the utilization of a core with equivalent properties obtained from finite element analysis of a sandwich panel represented by 2D shell elements is a valid method to predict the mechanical behaviour of a sandwich structure. With this model, progress can be made on the production and modelling of reinforced thermoplastic composites for a lunar rover. Further work can also be done on different panels that have variable densities or geometries that change throughout the core. These sandwich panels will help to optimize a rover's structure to be the first to survive full lunar day-night cycles.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 janvier 2024) / La fabrication additive de matériaux composites suscite aujourd'hui un grand intérêt dans de nombreux domaines d'études différents dont l'exploration spatiale. Cependant, l'introduction de fibres dans le filament FDM (Fused Deposition Modeling) entraîne de nouveaux défis et une sensibilité à des aspects spécifiques de l'environnement de fabrication. Un matériau utilisé pour les applications spatiales doit pouvoir être fabriqué avec une grande consistance et permettre des simulations mécaniques fiables. Il est important de comprendre les propriétés mécaniques des structures composites imprimées en 3D et comment optimiser la fabrication. Le PEEK renforcé par 20% de fibres courtes de carbone (FC) est intéressant pour l'exploration spatiale en raison de sa haute résistance et de sa résilience thermique. La relation entre les paramètres d'impression et la résistance mécanique résultante pour le PEEK avec des concentrations élevées de FC n'est pas bien connue dans la littérature. Les propriétés mécaniques orthotropes de ce matériau sont également inconnues. L'objectif de cette recherche est d'étudier les paramètres affectant la résistance mécanique et la qualité de la microstructure de l'éprouvette de PEEK renforcé à 20% FC et de caractériser le matériau. Des tests mécaniques et des analyses par micro-tomographie ont été utilisés pour étudier la qualité des échantillons fabriqués dans différentes conditions. L'étude a pu définir les paramètres qui ont le plus d'impact sur la résistance mécanique résultante et la présence de micropores dans les échantillons, ainsi que la manière d'optimiser la production pour obtenir une résistance mécanique maximale à partir de FDM en utilisant du PEEK à haute teneur en FC. Avec ces informations, des éprouvettes ont été fabriquées et testées afin de caractériser le comportement mécanique orthotrope du matériau. Notamment, le comportement en traction, compression et cisaillement le long de la direction d'orientation du filament, dans le plan transversal et normal au plan d'impression a été étudié. Ces travaux ont permis de déterminer un ensemble de paramètres d'impression pour fabriquer du PEEK renforcé par 20% de fibres de carbone ainsi que des données expérimentales sur le comportement orthotrope de ce matériau. / Additive manufacturing of composite materials is of great interest today in many different fields of study including space exploration. However, introducing fibers into Fused Deposition Modeling (FDM) filament results in new challenges and sensitivity to specific aspects of the fabrication environment. A material used for space applications has to be manufacturable with high consistency and permit reliable mechanical simulations. It is important to understand mechanical properties of 3D printed composite structures and how to optimize fabrication. PEEK reinforced by 20% short carbon fibers (CF) is of interest for space exploration due to its high strength and thermal resilience. The relationship between printing parameters and resulting mechanical strength for PEEK with high CF concentrations is not well known in literature. The orthotropic mechanical properties of this material are also unknown. The goal of this research is to study the parameters affecting the mechanical strength and quality of the specimen microstructure for PEEK reinforced with 20% CF and characterize the material. Mechanical testing and micro tomography analysis was used to study the quality of specimens fabricated under different conditions. The study was able to outline which parameters are the most impactful to the resulting mechanical strength and the presence of micropores in the specimens as well as how to optimize production to obtain maximum mechanical strength from FDM using PEEK with high CF content. With this information, specimens were fabricated and tested in order to characterize the orthotropic mechanical behavior of the material. In particular, the behavior in tension, compression, and shear along the direction of orientation of the filament, in the plane transverse and normal to the printing plane has been studied. This work made it possible to determine a set of printing parameters for manufacturing PEEK reinforced with 20% carbon fibers as well as experimental data on the orthotropic behavior of this material.

Des simulations numériques thermomécaniques sont nécessaires afin de prédire l'apparition des déchirures à chaud, survenant en fin de solidification, dans les procédés de coulée directes des alumineries. Toutefois, ces simulations nécessitent plusieurs intrants notamment des propriétés mécaniques et des lois de comportement à différentes températures. Pour ce projet, un analyseur mécanique dynamique est utilisé afin de caractériser ces intrants pour un alliage d'aluminium 5182 (4.5pds% Mg). L'analyse dynamique en flexion est utilisée pour la première fois afin d'étudier l'évolution du module élastique avec la fraction liquide dans la microstructure. Également, des séries d'essais de fluage sont effectuées en mode traction afin de proposer des lois de comportement. L'utilisation d'un modèle de calcul de parcours de solidification considérant la rétrodiffusion permet d'estimer la fraction liquide en cours d'essais selon la température. Les éprouvettes utilisées pour les différents essais mécaniques ont été usinées à partir d'un lingot d'aluminium 5182 coulé par le procédé de coulée directe. Afin d'étudier l'effet de la microstructure, des éprouvettes ont été usinées à partir de trois positions selon la largeur du lingot. Plus l'éprouvette provient d'une position près de la surface et plus la microstructure est affinée. Les microstructures fines semblent être moins rigides lorsque du liquide est présent dans la microstructure. Également, trois taux de chauffe ont été étudiés pour les analyses dynamiques (10⁰C/min, 20⁰C/min et 30⁰C/min). La température du solidus diminue avec l'augmentation du taux de chauffe puisque l'homogénéisation partielle lors de la chauffe est moins importante. Un plan d'expérience a été effectué pour les essais de fluage avec des éprouvettes provenant de deux positions dans le lingot (surface, centre), testées à trois niveaux de températures(555⁰C, 560⁰C, 565⁰C) et à deux niveaux de contraintes (0.25MPa et 0.50 MPa). Cinq comportements en fluage ont été observés : un fluage uniforme, une fissuration partielle, une localisation suivie d'une rupture, une rupture fragile et un retour de la déformation. Des températures élevées et des contraintes élevées augmentent la prévalence des localisations et des ruptures tandis que les retours de la déformation ne sont observés qu'à plus basse température avec une faible contrainte. Les courbes de fluage uniforme et de fissuration partielle ont été modélisées par des lois de comportements mécaniques. / Numerical thermomechanical simulations are necessary to predict the occurrence of hot tears, occurring at the end of solidification, in direct casting processes of aluminum smelters. However, these simulations require several inputs including mechanical properties and behavior laws at different temperatures. For this project, a dynamic mechanical analyzer is used to characterize these inputs for an aluminum alloy 5182 (4.5wt% Mg). Dynamic bending analysis is used for the first time to study the evolution of the elastic modulus with the liquid fraction in the microstructure. Also, series of creep tests are performed in tensile mode to propose behavioral laws. The use of a calculation model of solidification path considering the back diffusion allows to estimate the liquid fraction during the tests according to the temperature. The specimens used for the various mechanical tests were machined from a AA5182 ingot cast by the direct casting process. In order to study the effect of the microstructure, test specimens were machined from three positions according to the width of the ingot. The closer the specimen is to the surface, the more refined the microstructure. The fine microstructures appear to be less rigid when liquid is present in the microstructure. Also, three heating rates were studied for dynamic analyses (10⁰C/min, 20⁰C/min and 30⁰C/min). The solidus temperature decreases with increasing heating rate since the partial homogenization during heating is smaller. A design of experiment was performed for creep tests with test specimens from two positions in the ingot (surface, center), tested at three temperature levels (555⁰C, 560⁰C, 565⁰C) and at two stress levels (0.25MPa and 0.50 MPa). Five creep behaviors were observed: uniform creep, partial cracking, localization followed by failure, brittle failure, and deformation recovery. High temperatures and high stresses increase the occurrence of localization and failure while deformation recovery is observed only at low temperatures and stresses. The uniform creep and partial cracking curves were modeled by mechanical behavior laws.

La capacité des cellules à s'adapter au stress mécanique est essentielle. Cependant, peu est connu sur les forces relatives qui s'exercent de l'intérieur vers l'extérieur de la cellule. Ce projet a pour but de montrer que ces forces peuvent être mesurées avec l'aide de la microscopie de force photonique (MFP). Une contrainte mécanique est appliquée par une trappe optique via une bille de polystyrène. Cette bille est attachée à la cellule grâce aux points d'adhésion focaux. La mesure de la force est effectuée quand la bille est en position d'équilibre entre la force photonique et la tension cellulaire. La réponse du système a été comparée à une simulation numérique. Nous avons observé une augmentation de la déformation des cellules H4 suite à un traitement à la cytochalasineD. Cette observation corrèle avec une diminution de la force observée en MFP. Dans l'ensemble, nos résultats montrent qu'il est possible d'évaluer quantitativement la tension intracellulaire par MFP. / The ability of cells to sustain mechanical stress is essential. It is however not very well understood how tension is expressed from the inside of the cell to the exterior. Here we show that these forces can be measured by photonic force microscopy (PFM). Forces are applied to the cell by an optical trap through a polystyrene bead attached to the cell. The reaction of the cell is monitored when the bead is in an equilibrium state between the photonics forces and the membrane elasticity and cell stiffness. The calibration of the system was compared with numerical simulation. We observed increased deformation of H4 cells treated with cytocholasin D. This observation is correlated to an overall decrease in the force by the photonic force microscope. Our results suggest that cell stiffness can be assessed by the PFM, which allows quantification of a tension within cells with sufficient precision.