Lorsque les avions sont au sol pendant les temps froids, ils sont soumis aux intempéries telles que la neige, le vent, la pluie verglaçante. Ces intempéries peuvent provoquer une formation de glace qui peut entraîner des accidents lors du décollage. Pour remédier à ce problème, on utilise des liquides antigivre qui permettent de protéger l'avion contre l'apparition de glace. Cette protection est obtenue par retard de la congélation due à l'absorption et la dilution de la précipitation. Afin de prédire les temps de protections disponibles pour chaque fluide, il faut étudier la congélation d'un film fluide soumis à une précipitation surfondue. Pour cela, le laboratoire international des matériaux antigivre (LIMA), en collaboration avec des compagnies fabriquant de produits commerciaux, a développé une méthode normalisée appelée WSET (Water Spray Endurance Test) pour mesurer le temps de protection du fluide antigivre. Cette méthode consiste à appliquer un fluide antigivre sur une plaque inclinée refroidie et à le soumettre à un brouillard givrant afin de mesurer le temps s'écoulant avant l'apparition de la glace. Les expériences effectuées au laboratoire sont longues, coûteuses et limitées dans leurs paramètres. D'autre part, elles ne permettent pas une description détaillée du fluide au cours du phénomène de drainage et de dilution. L'objectif principal de ce mémoire est de réaliser une simulation numérique de la méthode normalisée. Pour réaliser cette simulation, on a développé un modèle mathématique reproduisant les phénomènes physiques. Tout d'abord, on a modélisé les phénomènes physiques décrivant l'écoulement visqueux, la dilution et la congélation du film fluide antigivre. Puis, on a conçu une simulation numérique, basée sur la modélisation, qui est capable de prédire le temps de protection du fluide antigivre, tout en donnant des informations sur la vitesse, la concentration en eau, la température en chaque point du fluide. Le code de simulation du phénomène a été validé en comparant ses résultats avec ceux qui sont issus de la méthode normalisée. Il permet de déterminer rapidement le temps de congélation du film fluide en fonction des caractéristiques physiques du fluide (viscosité, concentration en eau, dilution) et des conditions micro-météorologiques (température, tension de surface, taux de précipitation). Le code peut être directement utilisé par l'industrie pour étudier et prédire les performances des fluides.

Le but de ce projet était d'élaborer un modèle mathématique, statique et à une dimension, pour la simulation d'un four de calcination d'alumine actuellement en opération à l'usine Vaudreuil d'Arvida. Le modèle devait être simple, robuste et général afin de pouvoir s'adapter pratiquement à n'importe quel mode de fonctionnement. Le but premier du modèle était de pouvoir prédire les profils de température à l'intérieur du four, soit les profils de température pour le lit d'alumine, pour le gaz, la paroi intérieure et la paroi extérieure. Le modèle a été élaboré à partir d'équations différentielles provenant de bilans thermiques et massiques effectués sur de fines tranches de four. En plus des profils de températures, le modèle permet d'obtenir beaucoup d'autres résultats intéressants tels la composition du lit à toute position dans le four, les propriétés du gaz et la quantité de poussière produite. Le modèle montre clairement que la présence de poussière, en favorisant les échanges thermiques, influence grandement le comportement global du four. À l'usine Vaudreuil d'Arvida, on procède à l'occasion à différents tests paramétriques afin d'optimiser la production d'alumine. Une étude effectuée à l'aide du modèle a pu démontrer la solidité et la souplesse de celui-ci en ce qui a trait à son utilisation éventuelle pour l'amélioration du procédé de calcination de l'alumine. Il est en effet possible de faire varier n'importe quel paramètre de fonctionnement du four et d'observer son comportement. Il s'avère ainsi plus économique, en temps et en argent, de faire une étude paramétrique à l'aide du modèle que des tests sur l'installation réelle. Sous sa forme actuelle le modèle s'avère déjà très efficace. La plupart des résultats qu'il produit sont très près des mesures d'usine et il peut déjà permettre à l'usine Vaudreuil d'étudier l'ensemble des paramètres affectant la production. Certaines améliorations peuvent par contre être apportées au modèle comme par exemple les ajouts de chlore dans le gaz, et de fluorure d'aluminium et d'oxyde basique de sodium dans le solide.

II existe plusieurs méthodes de mesure pour sonder les caractéristiques thermophysiques des nouveaux alliages ou matériaux composites. Cependant la technique flash se distingue grâce à son principe de mesure à la fois simple et original. Plusieurs propriétés thermophysiques sont évaluées à partir de l'analyse de thermogramme de la surface arrière d'un petit échantillon dont la face frontale est subitement exposée à une décharge énergétique qui dans notre cas est un flash. Nous avons conçu l'unité d'excitation thermique (flash) afin qu'il puisse répondre aux critères énergétiques requis par la méthode de mesure. Pour effectuer des mesures à haute température, nous avons résolu les problèmes thermiques reliés à la conception d'une enceinte chauffante électrique dont il a fallu minimiser les contacts avec le module de support des échantillons qu'elle contient. La faiblesse de l'énergie délivrée par un flash et les pertes de chaleur à l'intérieur du système de chauffage engendrent des difficultés supplémentaires. Dans ces conditions, le choix des senseurs thermiques et le gradient de température formé entre ceux-ci et les points de référence jouent un rôle prépondérant dans le succès des mesures. Nous avons également établi une procédure qui permet de limiter au minimum le bruit électromagnétique présent dans le laboratoire et ses environs.

Dans cette étude, nous avons développé et testé la technique appelée "méthode de la peau chauffante" afin de mesurer les coefficients convectifs locaux sur la surface horizontale d'un four circulaire. L'écoulement des gaz dans la chambre de combustion a été exploré par différentes techniques de visualisation. Pour la technique de la peau chauffante, on a utilisé une surface multicouche pour simuler les conditions du bain de métal fondu en modèle réduit. Le sens de la propagation de la chaleur est opposé à ce qu'il est en réalité parce que dans le modèle, le gaz est plus froid que la surface. Les coefficients de transfert de chaleur sont mesurés par des senseurs thermiques qui ont été placés sur la surface du modèle. Une caméra infrarouge est également utilisée pour visualiser la distribution de température et la formation des points chauds. Cinq séries d'essais expérimentaux ont été effectuées pour différentes orientations axiales et rotationnelles des brûleurs, et pour des nombres de Reynolds variant entre 6 x 103 et 3 x 104. Les résultats ont été comparés qualitativement avec ceux obtenus par la vélocimétrie et l'imagerie infrarouge. L'erreur expérimentale calculée à partir de la répétitivité des résultats est de l'ordre de ± 3%.

La formation de la glace sur les avions au sol est nuisible au décollage; c'est pourquoi on la prévient par l'application de fluides dégivrants et antigivre. L'Association Européenne des Lignes Aériennes a établi une procédure normalisée pour le contrôle de la qualité de ces produits qui sont évalués à partir de la mesure des temps de protection. Les temps de protection des produits antigivre commerciaux utilisés en aéronautique sont actuellement mesurés à partir d'une évaluation effectuée en chambre climatique utilisant une plaque inclinée recouverte du produit testé et exposée à différents contextes micro-climatiques au-dessous de 0°C. Ce travail se veut être une contribution à la recherche dans le domaine des produits antigivre par l'étude systématique des effets des différents paramètres susceptibles d'affecter les temps de protection de ces produits. Le travail expérimental consiste à mesurer les temps de protection de film du fluide antigivre soumis à des conditions atmosphériques en bas de 0°C en utilisant des plaques planes inclinées à différents angles de façon à simuler une aile d'avion. De façon à compléter l'étude expérimentale, une étude analytique est consacrée à l'élaboration de deux modèles simples qui permettent de prédire le temps de protection du fluide à partir du niveau de dilution. Ce travail a permis de montrer que l'intensité des précipitations et la température de l'air sont les deux facteurs les plus importants. Il est possible, sur la base des mesures expérimentales, de prédire que le temps de protection est une fonction de puissance de l'intensité des précipitations et de l'inclinaison de la plaque, d'autre part il est une fonction exponentielle de la température du fluide. Ces relations empiriques permettent d'établir des recommandations, à l'usage des pilotes, quant aux temps de protection en fonction des conditions climatiques.

La corrosion dans les milieux industriels constitue un des principaux facteurs limitant la durée de vie des matériaux, ce qui occasionne de nombreux frais de remplacement ainsi que des pertes de productivité. Pour une sélection judicieuse des matériaux dans les milieux particulièrement agressifs, on doit souvent recourir à des essais normalisés effectués en laboratoire et/ou en usine dont la validité et la fiabilité n'ont pas toujours été clairement démontrées. Le présent mémoire présente un exemple illustrant un de ces cas où l'agressivité du milieu industriel, en l'occurrence le contexte existant à l'intérieur d'un collecteur de poussières à voie humide à la sortie des cuves Soderberg, a nécessité la réalisation d'essais de corrosion en laboratoire et en usine. Le but visé par cette expérimentation consistait à évaluer sur le plan scientifique le niveau de fiabilité des essais de corrosion en laboratoire pour estimer la durée de vie des matériaux, dans l'hypothèse d'une corrosion uniforme, ceci devant permettre la sélection du meilleur matériau. Trois types d'essais de corrosion en laboratoire, basés sur des essais normalisés, ont été réalisés avec la liqueur de deux épurateurs industriels: l'essai d'immersion, l'essai d'aspersion et l'essai potentiocinétique. Parallèlement, des essais de corrosion ont été réalisés à l'intérieur de deux épurateurs industriels, l'un opérant avec une liqueur de pH=5,4 ± 0,3 et l'autre avec une liqueur de pH= 2,2 ± 0,2, avec les mêmes matériaux exposés à trois emplacements représentatifs des contextes de corrosion : sous le jet de liqueur, dans le brouillard au-dessus du lit de balles et au-dessus de l'éliminateur de gouttelettes dans la cheminée de l'épurateur. Dans l'ensemble, soixante-douze (72) essais ont été réalisés avec 720 échantillons de différents métaux et alliages pouvant être divisés en trois grandes catégories : les aciers doux et les aciers faiblement alliés; le cuivre, le nickel et trois alliages de ces deux métaux et les aciers inoxydables. La durée des essais varie de quelques minutes pour les essais potentiocinétiques à plus de 600 heures pour les essais en usine. Les taux de corrosion ont été évalués par la différence de masse des échantillons avant et après l'exposition, à l'exception de ceux calculés à partir du courant de corrosion déterminé avec l'essai potentiocinétique. La très grande majorité des essais de corrosion en laboratoire et en usine ont été réalisés en présence de la liqueur de pH= 5,4. Par conséquent, étant donné le nombre relativement restreint des essais réalisés avec la liqueur de pH=2,2, il est difficile d'établir une conclusion valable quant au niveau de fiabilité des essais de corrosion en laboratoire, basée sur les résultats obtenus avec cette liqueur. Ces essais ont principalement permis de mettre en évidence l'effet du pH sur les métaux étudiés. En effet, tous les métaux étudiés, à l'exception de l'hastelloy, sont sensibles à une diminution de pH. Par conséquent, les principales conclusions de ce travail sont basées sur les résultats obtenus avec la liqueur de pH=5,4. De façon générale, les résultats des essais de corrosion réalisés avec des échantillons de treize matériaux choisis parmi les métaux et alliages industriels conventionnels permettent de tirer les principales conclusions suivantes: 1.- Les essais en usine nécessitent des temps d'exposition beaucoup plus longs que les essais en laboratoire. Etant donné que les conditions prévalant en usine sont moins bien contrôlées qu'en laboratoire, les résultats obtenus présentent une variabilité plus considérable que ceux mesurés à partir des essais de laboratoire. En dépit de cette fluctuation, les taux de corrosion en usine constituent une base de référence pour évaluer les résultats obtenus en laboratoire. 2.- L'essai d'immersion est le plus simple à réaliser ne nécessitant aucun montage ni appareil de mesure sophistiqué. Il tend toutefois à sous-évaluer les taux de corrosion et c'est pourquoi, l'extrapolation de la durée de vie faite à partir de résultats de l'essai d'immersion doit être faite de façon très conservatrice en faisant intervenir un facteur multiplicatif de l'ordre de 2 à 3. 3.- L'essai d'aspersion suit au second rang au point de vue de la complexité, nécessitant la pulvérisation de gouttelettes de liqueur et une exposition plus longue des matériaux que pour l'essai d'immersion. C'est l'essai le plus fiable, donnant des taux de corrosion du même ordre de grandeur que ceux mesurés dans le milieu industriel. 4.- L'essai potentiocinétique est le plus complexe à réaliser requérant une cellule de corrosion électrochimique avec un système sophistiqué de contrôle et de mesure de tension et de courant. Par contre, les résultats peuvent être obtenus très rapidement. Cet essai permet de classer par niveau de corrosion certaines classes de métaux mais ne permet pas de différencier les différentes nuances commerciales qui présentent des potentiels électrochimiques voisins les uns des autres. 5.- L'ensemble des résultats obtenus à partir des essais réalisés en laboratoire et en usine permet de sélectionner les meilleurs matériaux potentiellement utilisables dans le cas particulier d'un épurateur humide opérant avec une liqueur de pH=5,4. Ainsi, l'hastelloy et les aciers inoxydables (317L, 904L, 2205 ou l'équivalent) ressortent comme étant les matériaux les plus résistants à la corrosion à l'intérieur de l'épurateur de pH=5,4. En pratique, la nuance 317LM dont la teneur en molybdène est 2% plus élevée que pour le 317L a été choisi pour la fabrication des composantes d'une unité électrostatique à l'intérieur d'un épurateur humide opérant avec une liqueur de pH=5,4. 6.- Les résultats obtenus à partir des essais réalisés en laboratoire et en usine doivent toujours être interprétés avec beaucoup de prudence puisque dans chacun des cas, il est nécessaire d'extrapoler les résultats pour estimer la durée de vie d'un matériau. Etant donné que la sélection du meilleur matériau dépend en grande partie de cette estimation, il est donc important de s'assurer que d'une part, les essais de laboratoire sélectionnés sont représentatifs du contexte industriel étudié et que d'autre part, la durée des essais réalisés dans le milieu naturel soit suffisamment longue pour permettre une estimation réaliste de la durée de vie d'un matériau. 7.- Pour faire suite à ce travail qui se limitait principalement à la corrosion uniforme, il est recommandé pour les prochaines années de faire le suivi du comportement de l'acier inoxydable 317LM dans le milieu de l'épurateur humide. Ceci permettra de vérifier si les extrapolations faites pour estimer la durée sont réalistes et ainsi valider l'approche ayant permis de sélectionner cette nuance d'acier inoxydable. Sur le plan fondamental, il serait également intéressant d'étudier les principaux facteurs pouvant favoriser certaines formes de corrosion localisée dans le contexte d'un épurateur humide. Mots-clés : corrosion, épurateur humide, milieu acide, aciers doux, aciers inoxydables, alliages de cuivre, alliages de nickel.

Une nouvelle méthode de transfert de chaleur radiatif est développée. Cette méthode, appelée plans imaginaires, est en fait une simplification de la méthode de zones. La méthode est développée en trois dimensions et pour toute fournaise de géométrie cartésienne. La méthode de Monte-Carlo est utilisée pour le calcul des aires d'échange direct. La nouvelle technique (plans imaginaires) est utilisée de trois façons différentes pour simuler un four de refonte. La première consiste â équilibrer des équations de bilan d'énergie pour calculer les températures internes du four. Ce modèle nécessite de la part de l'utilisateur l'imposition d'un champ de vitesse et de combustion. La seconde consiste à coupler la méthode avec le logiciel PHOENICS, qui résout les équations de conservation en régime permanent. La troisième est similaire à la seconde, mais cette fois les équations de conservation sont résolues en régime transitoire. Pour ces deux couplages, le logiciel PHOENICS résout les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement, de l'énergie, de la turbulence et des espèces chimiques tandis que la méthode des plans imaginaires calcule les flux de chaleur radiatifs et les températures de réfractaires. La vérification des résultats du présent modèle est effectuée à l'aide de la méthode de zones. Cette vérification démontre la précision et la rapidité de la méthode des plans imaginaires.

Le brai, produit de distillation du goudron, est une substance utilisée pour différentes applications selon ses caractéristiques. Pour un brai donné, ayant un point de ramollissement déterminé (KS - 70°C), on peut, grâce à des traitements thermiques, modifier modérément certaines de ses caractéristiques, i.e., augmenter sa teneur en carbone fixe, sans pour autant altérer de manière notable ses propriétés imprégnantes. Le présent travail vise à étudier le comportement de différents brais ayant subi, ou non, des modifications, et à déterminer la loi de chauffe la mieux adaptée à la pyrolyse de ces échantillons. L'appareillage est constitué d'un système thermogravimétrique à grande échelle de façon à simuler le plus possible l'environnement industriel. Les pertes de poids et les concentrations des matières volatiles dégagées sont enregistrées tout au long de la montée en température. Les graphiques de comparaison de pertes de poids à différents taux de chauffe, les résultats cinétiques et les résultats des analyses qualitatives et quantitatives des substances condensables et non condensables sont rapportés pour chacun des brais. Ce travail a permis, en particulier, d'étudier le ressuage du brai par la technique dite "à deux creusets", cette technique étant une innovation dans ce domaine. Aussi, on a pu observer l'évolution des substances condensables dans le temps en fonction de la température. Quant aux substances non condensables, on a pu observer une bonne reproductibilité des quantités d'hydrogène d'un échantillon à un autre pour un môme brai. Il est possible d'affirmer que le taux de chauffe le mieux adapté à ces analyses est de 3°C/h, ce taux étant du môme ordre que celui Utilisé en industrie. Pour ce qui est de l'influence de la nature du brai, les résultats obtenus tendent à démontrer que le 553/86 affiche une qualité supérieure par rapport aux autres en terme de quantité de carbone résiduelle dans les électrodes à la fin de la pyrolyse.

Dans un complexe de fabrication d'aluminium, le procédé de cuisson des anodes donne lieu à une libération importante de matières volatiles combustibles. Le présent travail vise à mieux comprendre la cinétique de dégagement de ces substances. À cette fin, un dispositif thermogravimétrique de grandes dimensions a été mis au point de façon à pouvoir simuler le mieux possible l'environnement industriel. Des échantillons de deux masses distinctes ont été soumis à la pyrolyse à différents rythmes de chauffage. La perte de poids et les concentrations des gaz dégagés ont été enregistrées tout au long de la montée en température. Les résultats cinétiques sont rapportés pour le méthane, l'hydrogène et le goudron. L'ordre de réaction ne varie pas avec la vitesse de chauffage alors que l'énergie d'activation et le facteur pré-exponentiel augmentent. De plus, pour les grosseurs d'échantillons étudiées, il a été trouvé que la masse du solide n'influence pas la valeur des paramètres cinétiques.

L'ablation de solides d'aluminium est simulée en utilisant la méthode des éléments finis de frontière qui est basée sur la combinaison des équations intégrales classiques et des concepts d'éléments finis. La frontière est approximée par des éléments linéaires isoparamétriques et le domaine par des éléments triangulaires constants. Dû au déplacement de la frontière et dû à la nécessité d'intégrer sur le domaine, une technique de maillage automatique est utilisée. Différents pas de temps, points d'intégration et configurations triangulaires sont utilisés pour montrer la sensibilité de la méthode face à ces trois facteurs. Pour réduire le temps de calcul, le nombre d'éléments triangulaires discrétisant le domaine est diminué au fur et à mesure que le gradient de température, à l'intérieur du domaine, s'approche de zéro. La qualité des résultats obtenus pour l'ablation d'un cylindre circulaire et d'un demi-cylindre elliptique d'aluminium montre que la méthode des éléments finis de frontière donne d'excellents résultats.