Th. 3e cycle--Géol. du Quaternaire et préhistoire--Bordeaux 1, 1983. N°: 1900.

La fabrication d'outils de coupe rotatifs implique plusieurs défis liés à la maximisation de la résistance à la traction et à la flexion tout en préservant la ténacité. Le produit souhaité est une plaque parfaitement plane avec de faibles contraintes résiduelles et d'excellentes et uniformes propriétés mécaniques planaires. La présente recherche vise à développer une texture et des microstructures pour maximiser la résistance, la ténacité et la dureté tout en minimisant la distorsion du corps des scies circulaires utilisées dans l'industrie de la première transformation du bois. La réalisation des objectifs mentionnés par la production du substrat des scies circulaires par laminage croisé et austempering-revenu a été étudiée. Ce projet de recherche se en deux étapes. La première s'est déroulée à l'échelle du laboratoire a traité de l'effet du laminage croisé et du traitement thermique de trempe sur un type d'acier faiblement allié utilisé dans la fabrication de lames de scies circulaires commerciales. Lors de l'étape suivante, les résultats ont été mis en œuvre à l'échelle réelle pour produire des lames de scie de taille industrielle. Les résultats ont été comparés à des scies du commerce fabriquée par laminage à chaud, trempe et revenu. Des essais de validation ont été effectués sur le produit final pour quantifier l'efficacité de la nouvelle approche. Les résultats ont montré que le laminage croisé induit des grains équiaxes homogènes et une texture {100} <110> intense des fibres α et ε dans les directions RD et TD. La texture fibreuse distincte développée par le laminage croisé a augmenté la résistance du matériau au ramollissement. La microstructure bainitique de la post-déformation austempering-revenu a amélioré simultanément la dureté (9%), la limite d'élasticité (19%), la résistance en traction (%19) et la résistance à la flexion (22%) sans sacrifier la ductilité. Les propriétés ci-dessus étaient identiques le long des directions dans le plan en raison des textures uniformes des fibres α et ε. Le revenu de la bainite près de la gamme de températures de transformation baintique a équilibré le rapport résistance/ductilité et maximisé la planéité du matériau. La fabrication d'outils rotatifs plus minces qui maximisent la récupération de la fibre de bois pendant le processus de coupe est réalisable avec cette nouvelle méthode. / Fabrication of rotary cutting tools involves several challenges related to the maximization of tensile and bending strength with the preservation of toughness. The desired product is a perfectly level plate with low residual stresses and excellent uniform properties in all directions. The present research was planned to develop a texture and microstructures to maximize strength, toughness, and hardness while minimizing distortion of the body of circular saws used in the primary transformation of wood. Achieving the mentioned objectives through the production of the substrate of the circular saws by cross-rolling and austempering-tempering was investigated. This research project consisted of two phases. In the lab-scale stage, the effect of the cross-rolling and austempering heat treatment was studied on a type of low alloy steel used in the fabrication of commercial circular saw blades. In the next step, the results were implemented at the actual scale to produce actual size saw blades. The results were compared to conventional saws made by hot rolling, quenching and tempering. Pilot tests were carried out on the final product to evaluate the efficacy of the new approach. The results showed that cross-rolling induced homogenous equiaxed grains and an intense {100} <110> texture of α and ε fibers along RD and TD directions. The distinct fiber texture developed by cross-rolling increased the material's resistance to softening. The bainitic microstructure of the post-deformation austempering-tempering simultaneously improved hardness (9%), yield stress (19%), ultimate tensile strength (%19), and flexural strength (22%) without sacrificing ductility. The above properties were identical along in-plane directions due to the uniform α and ε fiber textures. Tempering of bainite near the bainitic transformation temperature range adjusted the strength/ductility balance and maximized the levelness of the material. The manufacturing of thinner rotary tools that minimize waste during the cutting process is feasible with this novel method.

L’arrivée d’un nouveau matériau et d’un nouvel artisanat s’accompagne toujours de profondes transformations dans la société qui l’adopte. Notre étude porte sur l’introduction de la technologie du bronze en Syrie-Mésopotamie, sur sa diffusion progressive et sur ses incidences sociales durant toute l’histoire proche-orientale du quatrième au second millénaire. Cet artisanat, consistant, dans sa définition simple, en la mise au point d’un alliage de cuivre et d’étain, est arrivé très tôt dans cette région pourtant dénuée de tout minerai. Les vestiges archéologiques et les données textuelles révèlent la rapidité des transformations qui en découlèrent, touchant la structure sociale et les mentalités et s’accompagnant de nouvelles conceptions dans l’organisation de l’habitat.

Nos travaux de recherche s'inscrivent dans le contexte du prototypage rapide, plus particulièrement dans celui du procédé de fabrication par couches solides, la Stratoconception, Ce procédé consiste en la décomposition automatique de l'objet en une série de couches élémentaires appelées strates, dans lesquelles des inscris de positionnement sont placés. Chacune de ces strates est directement mise en panoplie, puis fabriquée par micro-fraisage rapide 2,5 axes ou par découpe 5 axes à partir de matériaux en plaques. Tous ces éléments sont ensuite assemblés afin de reconstituer la pièce finale. Si l'usinage est aujourd'hui entièrement automatisé grâce aux logiciels et aux machines dédiés, l'assemblage est une opération qui demande encore une intervention manuelle de l'utilisateur du procédé.<br />Un bilan des méthodes actuelles utilisées pour l'assemblage des strates (collage, brasage, assemblage mécanique...) montre les inconvénients et les limitations de ces techniques de fixation. L'étape d'assemblage est essentielle car elle influe sur la qualité géométrique, sur la tenue mécanique et sur le temps de réalisation de la pièce. Les techniques utilisées aujourd'hui ne garantissent pas toujours la répétabilité du système et peuvent entraîner une rupture de la chaîne numérique du procédé.<br />Notre contribution porte sur une nouvelle méthode d'assemblage, l'emboîtement. Elle permet l'intégration d'entités d'assemblage au sein des couches, elle améliore la fixation de celles-ci et elle réduit le temps de montage et surtout les coûts qu'il engendre. Pour cela, nous avons développé un système de génération automatique des entités dans le processus. Ce système permet de réduire le travail nécessaire pour réaliser l'assemblage des pièces et rend ainsi l'opération d'assemblage systématique, en minimisant les interventions manuelles et les incertitudes dues au choix de l'utilisateur. Les outils et méthodes logicielles permettent d'automatiser cette opération, en définissant les entités d'assemblage, leur forme, leur dimensionnement et surtout leur positionnement au sein des couches. Nous présentons diverses approches de localisation de ces entités au travers d'algorithmes de placement par grilles, par forces de répulsion ou par un algorithme génétique de recherche du k-gon maximum inscrit. Le développement d'un algorithme original de localisation automatique des entités par squelettisation a permis d'optimiser le placement des entités par rapport à la géométrie des couches. Ses résultats sont analysés et comparés à une localisation par grille.<br />Une seconde approche est proposée : l'emboîtement complet. La génération de l'emboîture à partir des contours de l'inter-strate induit la problématique des formes imbricables, c'est-à-dire la création de formes mâles et femelles complémentaires et réalisables par l'outil d'usinage (problème d'accessibilité de l'outil).<br />Enfin, nous concluons le mémoire en mettant en évidence les premiers résultats industriels au travers des outils implémentés dans le logiciel du procédé et des pièces réalisées par cette nouvelle méthode.

La plupart des entreprises de fonderie font de plus en plus appel à l'informatique pour faciliter la phase de conception du moule; toutefois son emploi est limité le plus souvent à la simulation de la coulée. L'objectif général est donc d'améliorer l'utilisation de l'outil informatique dans les processus de fonderie. Cette thèse présente l'analyse, faite à partir d'une étude de cas, des possibilités offertes par des logiciels actuels et, lors de leur utilisation, les différents modèles qu'il est nécessaire de générer. La structuration du processus de conception autour d'un support d'intégration produit/process et l'analyse de ces modèles servent de support à la réflexion pour la mise au point d'une méthodologie de conception intégrée en fonderie. Les lacunes actuelles du processus de conception sont identifiées: elles sont caractérisées notamment par des ruptures totales ou partielles de la chaîne numérique c'est-à-dire l'absence ou l'insuffisance de liens inter-modèles qui conduisent à des problèmes de maintien de cohérence globale et à des manques de réactivité lorsque des modifications doivent être apportées. Le cas particulier de l'étape de définition des systèmes d'alimentation (masselottage) est présenté. Pour répondre aux besoins importants de réactivité dans cette phase, une approche basée sur la mise en oeuvre d'outils de simulation rapide est proposée. Elle permet d'évaluer différentes solutions et donc optimiser les systèmes de remplissage et d'alimentation, améliorant ainsi la qualité de la pièce. La validation de cette approche par des outils métiers de simulation numérique est présentée. Une maquette informatique illustrant son intégration avec les outils de CAO du marché est également décrite.

En comparaison avec les armatures de projectiles micro lithiques et géométriques très caractéristiques, l'outillage mésolithique reste en marge dans les études lithiques. Cette situation s'explique par son apparence peu typée qui limite la pertinence des approches morpho-typologiques. Cette thèse se propose de redéfinir l'outillage sous l'angle techno-fonctionnel par l'application de méthodes tracéologiques, dans l'objectif de replacer ces objets dans un cycle d'activités plus complet. Les quatre gisements principaux considérés sont attribuables au Premier Mésolithique (Xème- VIIe millénaire av. notre ère) et sont tous situés dans le Nord de la France et en Belgique. L'analyse des collections lithiques a permis de mettre en évidence un outillage brut très important qui constitue la majorité des objets utilisés par les préhistoriques. Ce résultat amène à ré interroger les acquis des études qui ne raisonnaient que sur les pièces retouchées volontairement. Les 501 zones utilisées reconnues montrent logiquement que les Mésolithiques ont transformé des matières animales, en particulier la peau. L'artisanat végétal apparait lui aussi très bien représenté, ce qui constitue un vrai changement par rapport au Paléolithique. Le raclage des plantes et du bois était probablement une activité majeure pendant toute la période mésolithique. Des contrastes peuvent être observés entre les gisements, probablement en raison de fonctions de site différentes. Il est certain que cette variabilité est aussi liée à des facteurs chrono-culturels qui pourront à l'avenir être mieux compris grâce à une approche intégrée comme celle qui a été développée dans cette thèse. / In contrast to the geometric arrow heads, the technological and typological study of Mesolithic lithic tools has often been hampered by their un-standardized nature. This doctoral research presents the results of a functional approach to four Early Mesolithic sites from Northern France and Belgium, with the aim to replace these objects in a more global economical system. Use-wear analysis has made it possible to identify a very significant use of the un-retouched pieces which dominate the toolkits. Mesolithic groups has worked animal materials, especially skins but also different vegetal materials. Plant material and wood-working was probably a major activity in the western Europe Mesolithic. Furthermore, a more detailed analysis of different functional modes suggests that technical attitudes varied between different sites. Site function, together with chronological and geographic differences, were also factors likely to have played a role in the contrasts observed between sites. Functional studies, which are still too sporadic, undoubtedly have a part to play in untangling these factors.

Le contrôle de l’usure des couteaux de découpe est un grand défi dans l’industrie de la première transformation du bois. En contrôlant le niveau d’usure, les coûts de maintenance sont diminués et une meilleure qualité des produits est obtenue. Les mécanismes d’usure des outils de coupe dans un environnement industriel de transformation du bois sont particulièrement complexes. Dans le présent projet, une caractérisation des principaux mécanismes d’usure a été faite afin de comprendre les conditions de travail en première transformation du bois. Fort de ces résultats, une analyse du choix des matériaux ainsi que différentes conditions de traitement thermique ont été faites afin d‘optimiser la durée de vie des outils de coupe. Trois différents aciers à outil ont ainsi été choisis. Les traitements thermiques ont été effectués selon neuf conditions différentes par acier. Les essais de dureté, d’impact et d’usure par abrasion avec sable (DSRW) selon la norme ASTM G65 ont été effectués. La dernière partie de projet a été axée sur la caractérisation des performances en usure de revêtements céramiques obtenus par la méthode de dépôt physique par phase vapeur (PVD) appropriés pour les conditions d’utilisation retrouvées dans la première transformation du bois. Les essais ont été réalisés sur les échantillons préalablement traités thermiquement selon les conditions optimales déterminées. Six revêtements différents ont été choisis pour faire face aux conditions pour lesquelles la résistance à l’abrasion et aux impacts périodiques sont importantes. Un appareil d’essai de fatigue par impact a été fabriqué pour évaluer la résistance des revêtements aux chocs périodiques sur la surface. De plus, des essais de micro-dureté et de l’usure par abrasion avec sable ont été faits. Afin d’évaluer la condition de la surface après chaque essai, l’analyse d’image par microscopie électronique à balayage (MEB) a été faite. Deux mécanismes dominants qui étaient observés sont la micro abrasion et l’écaillage de l’arête. La micro abrasion sur les surfaces de coupe et de dégagement est différente où il y a un grand écart en grosseur des traces d’abrasion. La résistance optimale pour l’usure par abrasion et impact a été obtenue avec l’acier AISI H13 trempé à 1040°C suivi par un double revenu à 580°C. Le revêtement d’AlCrTiN a été le meilleur pour améliorer la résistance de l’acier AISI A8 à l’usure par abrasion et fatigue d’impact. Pour les aciers AISI S1 et AISI H13, le revêtement de TiAlCrN a fourni la résistance optimale en terme de résistance à l’abrasion qui est la première cause d’usure des outils de coupe utilisés dans le procédé d’équarrissage-fragmentation. / Controlling cutting knife wear is a big challenge in industry of primary transformation of wood. By controlling the knife wear, maintenance cost will be reduced and higher quality of products will be achieved. Wear conditions in the wood transformation industry is very intricate. In this project, wear study was performed in order to understand the work condition in primary transformation of wood. Microscopic analysis was conducted to investigate wear mechanisms on the edge of knives. Wear properties on both rake face and clearance face were studied. Material selection and heat treatment practices were done in the second part of the project in order to optimize the tool life. Three steels from different tool steel categories were selected. Heat treatment tests were carried in nine different conditions per steel. Hardness, impact and dry-sand-rubber-abrasion-wear according to ASTM G65 standard (DSRW) tests were applied for evaluating the samples. Last part of this project was about evaluating of industrial coatings by physical vapour deposition (PVD) method for the working condition in primary transformation of wood. Tests were done on optimized samples from heat treatment study. Six different coatings were selected in order to perform high resistance to conditions where both abrasion and periodic impact are present. Impact Fatigue test machine was fabricated in order to evaluate the resistance of coatings to working conditions of periodic shock on the surface. Micro-hardness and DSRW test were done as well. In order to evaluate the surface change after each experiment, SEM imaging was done. The two dominant mechanisms that were observed are micro abrasion and edge chipping. The micro-abrasion patterns found on rake and clearance surfaces were dissimilar and there was a significant difference in size and shape of abrasion marks. The optimum resistance to abrasion wear and impact was achieved for AISI H13 tool steel quenched from 1040°C followed by double-tempering at 580°C. AlCrTiN coating was the best coating to improve the resistance of AISI A8 tool steel to both abrasive and impact fatigue wear. For both AISI S1 and AISI H13 steel, TiAlCrN coating has performed optimum resistance to abrasive working condition which is major cause of tool wear in chipper-cantering.

L'objet de cette thèse est l'étude d'un problème d'ordonnancement, dont le critère d'optimisation est la minimisation du nombre total de changements d'outils sur une machine flexible. Différents problèmes liés à l'outillage et pouvant constituer un obstacle au fonctionnement d'un atelier flexible sont brièvement examinés, (de la gestion de l'inventaire aux changements d'outils). Nous nous concentrons ensuite sur le problème d'ordonnancement avec gestion d'outils sur une seule machine: ce problème est NP-complet. Un premier aspect qui est la gestion off-line des outils est étudié: différents modèles sont proposés pour la minimisation des changements en fonction d'une séquence des tâches donnée. Dans ce cas, le problème est polynomial. Nous revenons ensuite au problème d'ordonnancement proprement dit, pour lequel plusieurs types de méthodes heuristiques sont décrites et comparées. La seconde partie du travail est consacrée à la gestion on-line des changements d'outils; elle se compose de deux chapitres: dans le premier, le modèle que nous allons utiliser est décrit en détail. Il s'agit de la modélisation des problèmes de k-serveurs. Le principe peut être résumé comme suit: sur un réseau de n clients potentiels, on dispose de k serveurs mobiles, avec lesquels on doit répondre on-line aux demandes unitaires et successives des clients, tout en optimisant les déplacements des serveurs. Ce problème est en étroite relation avec la gestion des mémoires en informatique. Dans le dernier chapitre, le modèle des k-serveurs «classique» est généralisé aux problèmes avec service par blocs de demandes, ce qui permet d'adapter l'algorithme de partitionnement, (fortement compétitif pour le service unitaire), au cas plus général des demandes groupées. Cet algorithme dont nous étudions les propriétés et la compétitivité est applicable à la gestion on-line des changements d'outils. Il sert de base à la construction d'une heuristique d'ordonnancement avec gestion d'outils. Cette dernière méthode se révèle très efficace comparée aux précédentes

La maîtrise dimensionnelle des pièces composites représente un frein significatif à l'expansion large des matériaux composites. Ceci entraine une limitation de la complexité des pièces ainsi qu'une augmentation des assemblages de structure. Ces travaux s'intéressent en particulier aux déformations induites par le procédé d'infusion de résine. L'objectif étant d'améliorer la compréhension des interactions produit-procédé-ressources sur la géométrie finale de la pièce. Il a été mis en évidence, sur des pièces planes, un mécanisme de déformation spécifique au procédé d'infusion de résine résultant de l'interaction équipements d'infusion-pièce. Une analyse expérimentale a été mené afin d'identifier et de pondérer l'influence de paramètres procédé et ressources sur l'amplitude de gauchissement. A partir de ces résultats expérimentaux, un modèle de prédiction de l'amplitude de déformation a été mis en place et évaluer. Au vue du caractère spécifique du procédé d'infusion, des investigations ont été menés afin d'identifier la contribution de l'interaction équipements d'infusion-pièce sur des pièces en angle. Le renferment d'angle (ou " spring-in ") reste dominer par des contributions intrinsèques. Cependant, nos travaux ont mis en évidence une part non négligeable de l'angle mesuré résultant d'interactions avec les ressources. L'infusion de résine peut engendrer un transfert de contraintes significatif dans la pièce composite. Ces travaux permettent de les estimer en fonction de divers paramètres d'industrialisation.

La préparation de l'usinage de pièce de formes complexes induit des temps improductifs sur les machines UGV. Ces temps improductifs sont liés aux manques de méthodologies de préparation et aux faibles connaissances du préparateur sur le processus UGV. La compétitivité du procédé UGV passe donc par une réduction du temps de préparation afin de pouvoir répondre rapidement aux délais de fabrication. Ce mémoire porte sur la préparation à l'usinage des outillages de forge. Notre apport se traduit principalement par la mise en place d'une méthode originale de transfert de la géométrie CAO de l'outillage à une géométrie FAO du processus UGV de cet outillage. La méthode de décomposition topologique de la géométrie CAO proposée est basée sur le respect de la vitesse de coupe et la limitation des entrées/sorties matière. Des cartographies d'assistance au préparateur ont été développées pour élaborer cette décomposition. Une représentation graphique, appelée graphe de relation topologique, permet de collecter les informations obtenues à partir de la décomposition et de représenter les relations topologiques entre les différentes entités d'usinage obtenues par décomposition. Le modèle de relation topologique est construit à partir des difficultés d'usinage, d'accessibilité des surfaces à usiner et des ralentissements de vitesses d'avance. La méthode de génération du processus d'usinage des outillages est basée sur l'analyse topologique de la géométrie et associée aux séquences d'usinage standard. Un outil d'assistance, appelé performance viewer, permet d'analyser les ralentissements et le nombre d'entrées/sorties matière. Les maquettes numériques des outils d'assistance à la préparation sont illustrées pour la phase de décomposition topologique du modèle CAO de l'outillage de forge et la phase de génération de processus UGV d'un outillage de forge.