The optimized design of outdoor insulators that consider heavy icing and pollution conditions is a significant concern for the reliability of power networks. Based on field observations, the probability of flashover of EHV post insulators is higher than line insulators under the same heavy icing conditions. The flashover along the insulators is caused mainly by the presence of a water film on the ice surfaces (melting period) and partial arcs in ice-free zones (air gaps). One of the mitigation options is the use of booster sheds (BSs) to create air gaps along the iced insulator. A booster shed (BS) is a flexible c-shape device made of highquality insulating materials. Since BSs are easy to use, they seem to be simpler alternatives to upgrading insulators to those designed for cold climate regions. Despite the promising results of BS applications, still an important work must be achieved to propose optimized design of BS configurations. This project aims to provide a generic design approach to the use of BSs by optimizing their main parameters (number, diameter, inclination angle, position, and permittivity) on post insulators under heavy icing conditions. This approach is based on analyzing previous BS tests in CEGELE, an improved hypothesis of BS effects, numerical analysis using commercial software (e.g. Comsol Multiphysics?, Matlab, and Minitab), geometric modeling of ice-covered post insulator with BSs, and finally experimental validation tests. The improved hypothesis states that the major effect of BSs is the creation of air gaps and their minor effect is the increase in dry arcing distance. Moreover, among total length of the air gaps, dry arcing distance, and total ice-free leakage distance (IFLDtot), the IFLDtot is a good indicator to quantify the BS effects on standard post insulators. Simulation analyses of BS configurations during the melting period demonstrate that the optimized relative permittivity of BS is an arbitrary value in its feasible variation range (2-15). The proper positions of BSs close to the HV electrode should be determined based on the probability of electrical breakdown. In contrast, the positions close to the ground electrode are determined based on ice-bridging effect. The geometric model and Taguchi method analysis show that the optimized value of BS inclination angle is equal to the upper shed angle of the insulator. Also, it indicates that generally the maximum feasible values for diameter and number of BSs are the best options. The feasibility in this regard, depends mainly on the minimum required distances between BSs as well as the mechanical forces of heavy ice and strong wind that may deform BSs. PVC sheet was deemed an effective solution for fabricating BS prototypes to perform the final validation tests. The experimental tests completely confirmed the improved hypothesis, the effectiveness of the geometric model, and the simulation analysis. La conception optimisée des isolateurs externes sous des conditions sévères de givrage et de pollution est une préoccupation importante, surtout pour la fiabilité des réseaux électriques dans les régions au climat froid. Basée sur la pratique des transporteurs d'énergie électriques, la probabilité de contournement des isolateurs de poste THT est plus élevée que celle des isolateurs de ligne dans les mêmes conditions de givrage. Le contournement le long des isolateurs est essentiellement dû à la présence d'un film d'eau sur les surfaces de glace (période de fonte) et d'arcs partiels le long de zones sans glace (intervalles d'air). L'une des alternatives pour diminuer la probabilité de contournement des isolateurs recouverts de glace est l'utilisation des jupes auxiliaires (JAs), ce qui permet de créer de plus grands intervalles d'air le long des isolateurs. Une jupe auxiliaire (JA) est un dispositif en forme de C flexible fabriqué à partir de bons isolants. En plus d'être faciles à utiliser, les JAs semblent être une alternative relativement simple, puisqu'elles permettent d'éviter de concevoir des isolateurs spéciaux pour les régions froides. Même si les résultats des applications de JA sont prometteurs, il y a encore un important travail à faire pour proposer une conception optimisée de leur configuration. Ce projet vise à optimiser les paramètres principaux ( nombre, diamètre, l'angle d'inclinaison, la position et la permittivité) des jupes auxiliaires pour fin de leur utilisation sur les isolateurs de poste sous des conditions sévères de givrage. Cette approche est basée sur plusieurs éléments tels que l'analyse des tests précédents des JAs à la CEGELE, une hypothèse améliorée des effets des JAs, des analyses numériques utilisant des logiciels commerciaux tels que Comsol, MATLAB, et Minitab, ainsi que la modélisation géométrique de l'isolateur glacé avec JAs et sur des tests de validation expérimentaux. Selon l'hypothèse améliorée, l'effet majeur de JAs est la création d'intervalles d'air et leur effet mineur est l'augmentation de la distance de l'arc. De plus, parmi la longueur totale des intervalles d'air, la distance d'arc et la distance totale de fuite dans les intervalles libres de glace (IFLDtot), le IFLDtot est un bon indicateur pour quantifier les effets des JAs sur des isolateurs de poste standard. Les analyses de simulation de configurations des JAs en période de fonte montrent que la permittivité relative optimisée d'une JA est une valeur arbitraire dans sa gamme de variation possible (2-15). Les positions appropriées des JAs proches de l'électrode de haute tension devraient être déterminées à partir de la probabilité de décharge électrique. Par ailleurs, les positions proches de l'électrode reliée à la masse sont déterminées à partir de l'effet de pontage de la glace. Le modèle géométrique et la méthode Taguchi montrent que la valeur optimale de l'angle d'inclinaison des JAs est égale à l'angle de la jupe supérieure de l'isolateur. Ceci indique aussi que les valeurs réalisables maximales pour le diamètre et le nombre de JAs sont généralement les meilleures options. La faisabilité à cet égard, dépend principalement des distances minimales requises entre les JAs, ainsi que des forces mécaniques de la glace et du vent qui peut déformer les JAs. La feuille de PVC a été considérée comme une solution efficace pour fabriquer des prototypes de JA afin d'effectuer les tests de validation finale. Il s'est avéré que les tests ont complètement confirmé l'hypothèse améliorée, l'efficacité du modèle géométrique et les analyses de simulation.

Le travail de cette thèse est consacré au développement d'un modèle de propagation des ondes élastiques dans un guide d'onde hélicoïdal soumis à une sollicitation axiale. Le contrôle non destructif des ressorts et des torons multi-brins est une application potentielle du modèle proposé. L'étude de la propagation des ondes dans un guide hélicoïdal soumis à un chargement axial nécessite l'écriture des équations tridimensionnelles de l'élastodynamique dans un système de coordonnées hélicoïdales. La méthode des éléments finis semi-analytique (SAFE) est ensuite appliquée en exploitant la propriété d'invariance par translation, réduisant ainsi le maillage à la section. Le problème aux valeurs propres obtenu peut être résolu en fixant le nombre d'onde ou la fréquence. Par ailleurs, le calcul de l'état précontraint statique est résolu par une technique d'homogénéisation hélicoïdale dans laquelle est prise en compte l'invariance de la structure. Le modèle de calcul statique est validé par un modèle analytique pour les ressorts et par un modèle éléments finis 3D pour les torons, issus de la littérature. Le modèle SAFE est validé pour les ressorts par un modèle de poutre hélicoïdale sous chargement axial. Il est montré que l'effet du chargement agit en fonction de la précontrainte et de la déformation de la géométrie et n'est significatif qu'en basses fréquences. Finalement, la propagation des ondes élastiques dans un toron à sept brins soumis à un chargement axial est analysée. Les courbes de dispersion obtenues numériquement sont comparées à des données expérimentales. Une bonne concordance est obtenue pour les premiers modes de type compression et le phénomène de fréquence "manquante" associé.

Les câbles d'ouvrages d'art sont sujets à deux principales causes d'endommagement :le fretting-fatigue et la corrosion. Ces dernières peuvent s'activer simultanément sur une même zone de câble et interargir en entraînant la rupture prématurée de ls constitutifs des câbles. Un dispositif expérimental, le banc de fretting-fatigue, permet de reproduire, à l'échelle du fil, les conditions de sollicitation des câbles de ponts à haubans ou de ponts suspendus.Une étude de fatigue et de fretting-fatigue en milieu corrosif a été menée. Elle a consisté à étudier l'endommagement de fils soumis à du fretting-fatigue dans une solution de chlorure de sodium. Dans ce cas, les durées de vie ne sont que faiblement modifiées. Deux phases ont alors été dissociées : une phase d'amorçage et une phase de propagation des fissures. Dans les conditions d'essais retenues, le fretting est prépondérant dans la phase d'amorçage de la fissure. Il a été choisi d'amorcer une fissure en fretting-fatigue puis de la faire propager en fatigue-corrosion. Quelques solutions ont été testées. La propagation dans une solution de thiocyanate d'ammonium montre une réduction significative de la durée de vie de l'éprouvette. Cette étude va se poursuivre en accélérant les phénomènes corrosifs grâce à des méthodes électrochimiques (imposition d'un potentiel ou d'un courant).

Les industries sidérurgiques et du manganèse génèrent des quantités de laitiers très importantes qui ne sont aujourd’hui que peu ou pas valorisées pour la formulation de liants hydrauliques dans le domaine des matériaux de construction. Si le laitier de haut fourneau moulu est bien intégré dans la filière des matériaux de construction, le laitier de convertisseur est majoritairement utilisé sous forme de granulats et le laitier de silicomanganèse granulé n’est aujourd’hui pas valorisé dans cette filière. Les sociétés ArcelorMittal, Ecocem et Eramet produisent ou exploitent ces laitiers, très différents de par leurs origines compositions et propriétés, et cherchent à développer des filières de valorisation pour ce type de coproduit. Des études ont déjà montré que le laitier de convertisseur et le laitier de silicomanganèse peuvent être intégrés au sein de matrices cimentaires en remplacement partiel du ciment, mais peu de données sont disponibles sur la connaissance des mécanismes d’hydratation de ces systèmes cimentaires à base de laitier, sur la faisabilité de tels systèmes et sur l’impact environnemental que peut impliquer l’utilisation de ces laitiers. Nos travaux de recherche ont porté, sur la caractérisation des laitiers étudiés, en particulier sur la granulométrie, la chimie et la microstructure, puis sur leur réactivité. Les résultats ont montré que le laitier de silicomanganèse peut être comparable au laitier de haut fourneau du point de vue de son hydraulicité latente mais qu’il présente une chimie différente avec notamment une teneur en chaux moindre et une faible part de résidu inerte (10%). Le laitier de convertisseur, qui présente une partie inerte (23%) constituée de composés riches en fer, est fortement basique compte tenu de la présence de chaux et de portlandite et présente un faible comportement hydraulique. La formulation de systèmes cimentaires binaires (ciment/laitier) a permis de montrer que le laitier de silicomanganèse ajouté à du ciment Portland forme, comme le laitier de haut fourneau, des hydrates similaires (silicates de calcium hydratés) qui participent au développement des résistances mécaniques. Le laitier de silicomanganèse peut donc être un bon matériau de remplacement du ciment pour la formulation de liants hydrauliques dans le domaine des matériaux de construction. Le laitier de convertisseur présente une plus faible activité hydraulique que les autres laitiers et participe peu au développement de la résistance mécanique des systèmes cimentaires à court terme. Cependant, sa forte basicité en fait un bon activateur des laitiers hydrauliques latents. Des systèmes ternaires (laitier de convertisseur/ciment/laitier hydraulique latent) ont donc été réalisés et ont permis de montrer la capacité du laitier de convertisseur à activer le laitier de haut fourneau ou le laitier de silicomanganèse. Ces systèmes cimentaires, composés au minimum de 80 % de laitiers, présentent des performances mécaniques intéressantes pour le domaine des liants hydrauliques routiers. En complément de l’aspect formulation, une étude environnementale a été menée et a permis de montrer que les laitiers ne présentent pas de risque vis-à-vis du relargage de polluants lors de leur utilisation comme composants de matériaux hydrauliques routiers.

Dès l'étape de conception, l'augmentation de la durée de vie d'un ouvrage tout en diminuant le coût et les délais associés à sa maintenance est une idée prioritaire.Dans le cas d'un ouvrage en béton précontraint, la durée de vie est conditionnée par la résistance dans le temps des deux matériaux utilisés,le béton et l'acier. Cependant, le retour d'expérience montre que la principale cause de dégradation des ouvrages est liée à la corrosion des armatures en acier. Celle-ci se manifeste par deux grands phénomènes,la corrosion sous contrainte induite par les chlorures (CSC) et la fragilisation par hydrogène(FpH.). Pour y faire face, l'utilisation de matériaux plus résistants à la corrosion, comme les aciers inoxydables est envisagée. L'objectif de ce travail est de caractériser et de comparer la résistance à la CSC et à la FpH. de deux nuances d'aciers inoxydables à hautes caractéristiques mécaniques. La nuance duplex 1.4362 et la nuance austénitique 1.4310 ont été choisies pour leur faible taux en éléments d'alliage, qui leur confère un coût relativement bas, en comparaison aux autres nuances d'aciers inoxydables. Pour l'étude de ces nuances, la mise au point de tests adaptés,constitue la première phase de ce travail. Pour étudier le comportement des deux nuances vis-à-vis de la corrosion sous contrainte, le choix s'est porté sur un essai à vitesse de déformation constante (traction lente). La sévérité de ce type d'essai nous a permis d'observer l'apparition d'une microfissuration pour des temps d'essais inférieurs à 1 semaine. Bien que la morphologie de la microfissuration observée soit différente pour les deux nuances, celle-ci semble induite, au moins en partie, par la martensite d'écrouissage. Cette dernière semble aussi influencer la résistance des deux nuances à la fragilisation par hydrogène. D'autre part, la comparaison des deux nuances semble indiquer que la microstructure de type duplex confère à la nuance 1.4362 une très bonne résistance à la corrosion sous contrainte et à la fragilisation par hydrogène. Ce qui la rend intéressante pour une application en précontrainte.

Sachant que les techniques d'auscultation electromagnétiques non destructives (EM) sont sensibles à de nombreux paramètres d'état des bétons, l'objectif de ce projet de recherche est d'étudier le potentiel de ces méthodes d'investigation EM pour évaluer la durabilité des bétons et détecter la présence d'agents agressifs. Dans un premier temps une cellule de mesure EM coaxiale-cylindrique et une cellule de résistivité multi-anneaux (mise au point conçue dans cette thèse) ont été utilisées pour une étude paramétrique. Des modèles de régression multi-linéaires ont été développés pour chaque observable EM (résistivité électrique et permittivité diélectrique) en fonction du degré de saturation, de la teneur en chlorures, de la porosité et du coefficient de diffusion de différentes formulations de bétons et mortiers. Dans un deuxième temps, des techniques de mesure EM in-situ ont été utilisées sur des corps d'épreuve homogène pour évaluer leur état : un capteur de résistivité multi-électrodes, développé dans le cadre de cette thèse, un capteur capacitif et un système radar. Ces techniques ont été combinées pour donner une estimation quantitative du taux de saturation, de la teneur en chorures et de la porosité des mélanges par optimisation non-linéaire des modèles de régression, développés dans la phase précédente. Enfin, l'aptitude de ces techniques in-situ à détecter des gradients a également été étudiée. Il a été constaté que la tomographie de résistivité électrique (TRE) utilisant le nouveau système multi-électrodes était particulièrement adapté à la détermination de gradients dans le béton d'enrobage.

La nécessité de rénover les réseaux d’assainissement des grandes villes et les besoins de construire de nouvelles structures conduisent les gestionnaires de réseaux d’assainissement et les fabricants de canalisation à rechercher des solutions pour obtenir des installations d’assainissement durables. Parmi les détériorations rencontrées dans ces structures, 9% peuvent être attribués à la biodétérioration des matériaux cimentaires. Cette étude a deux objectifs principaux. Le premier est de développer un essai accéléré reproductible en laboratoire et qui donne des résultats proches de ceux obtenus sur site. Le second est d’étudier la biodétérioration des matériaux cimentaires pour mieux comprendre les mécanismes et plus spécifiquement la différence de comportement entre les matériaux à base de ciment d’aluminate de calcium (CAC) et de ciment Portland ordinaire (OPC). Dans ce cadre, différentes formulations cimentaires ont été exposées in situ afin de déterminer les paramètres influant sur la biodétérioration. En parallèle, des expériences en laboratoire ont été réalisées pour mieux comprendre chaque étape du mécanisme de biodétérioration. Les résultats des expositions sur site montrent que les matériaux à base de CAC ont une durabilité plus importante que les autres formulations cimentaires. Les études réalisées en laboratoire permettent d’attribuer ces meilleures performances à la teneur en aluminium qui inhibe la croissance des microorganismes tout en protégeant la matrice grâce à la précipitation d’une couche d’alumine hydratée dans la porosité et à la surface de ces matériaux et qui maintient le pH à 3,5-4. La chimie de surface a également un rôle important en favorisant ou non l’oxydation abiotique de l’H2S. Les résultats des expositions sur site et des différents essais de laboratoire ont été utilisés pour développer un essai accéléré donnant des résultats prometteurs.

La société moderne compte beaucoup sur les moyens de refroidissement et de climatisation. Les demandes augmentent jour après jour et les phénomènes comme le réchauffement climatique ou la canicule amplifient cette tendance. Les technologies de réfrigération utilisées actuellement sont trop nuisibles à l'environnement à cause des CFC et HCFC présents dans les systèmes de refroidissement classiques. Pour résoudre ce problème environnemental et économiser de l'énergie, la réfrigération magnétique semble être la meilleure alternative pour remplacer la réfrigération classique.Cette technologie est basée sur l'effet magnétocalorique, processus réversible d'échauffement et de refroidissement de certains matériaux magnétiques sous l'application ou la suppression d'un champ magnétique extérieur. Autour de la température ambiante, la réfrigération magnétique laisse entrevoir de nombreuses applications: réfrigération domestique ou industrielle, climatisation de bâtiment ou de véhicule, refroidissement de systèmes portable(électronique, médical,...). Les avantages économiques, écologiques, et environnementaux sont multiples: absence de polluants atmosphériques (CFC ou ses substituts HCFC et HFC), moins de bruits et de vibrations (par l'absence de compresseur) et surtout un rendement énergétique nettement supérieur de 20 à 30 % par rapport à la réfrigération classique basée sur la détente et la compression des gaz. Actuellement, le gadolinium (Gd) est le seul matériau utilisé dans la plupart des systèmes de refroidissement. Mais en dépit de ses bonnes propriétés magnétocaloriques, le gadolinium comme la plupart des terres rares s'oxyde facilement, il est trop cher et son application dans la réfrigération magnétique est limitée à la température ambiante. Ainsi, dans le but de remplacer le gadolinium dans les systèmes de refroidissement, ce travail consiste à étudier de nouveaux matériaux magnétocaloriques où développer et optimiser des matériaux à base de terres rares, R-C02 (R = terre rares), LaFe13-xSix et MM'X (X = P, As et M, M' sont des éléments de transition).

Ce mémoire comporte quatre parties : - La première partie présente le choix de la méthode d'identification adoptée. Ce choix est effectué en testant différentes méthodes classiques sur des exemples simples et représentatifs des problèmes rencontrés. - La seconde partie montre l'application de l'identification sur des structures de problèmes dynamiques et de dégradation. - La troisième partie traite des effets d'échelle. On montre notamment la pertinence du modèle de comportement utilisé pour décrire les phénomènes simulés. - La quatrième partie présente le développement et la performance d'une méthode de zoom pour décrire l'évolution de fissures localisées au sein d'une structure. La conclusion et les perspectives portent sur mes travaux actuels au sein du Laboratoire de Mécanique et Génie Civil de Montpellier depuis l'année 2003. Ces travaux font l'objet d'une conversion thématique. En effet, ils restent dans la continuité des précédents mais portent sur l'identification de l'état d'endommagement de structures de tenségrité. Ces structures légères sont des treillis composés de barres reliées entre elles par des câbles tendus. Le but de l'étude est de déterminer les pertes de tension dans les câbles qui assurent la stabilité de l'ensemble.

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.