Depuis 1986, les superficies traitées en dégagement mécanique de la régénération ont augmenté substantiellement au Québec. Les entrepreneurs en travaux sylvicoles ont cependant de la difficulté à recruter des travailleurs et à retenir cette main-d’œuvre compte tenu des conditions de travail difficiles et d’un manque de reconnaissance des métiers sylvicoles. Un projet de recherche comportant une étude de productivité, une étude ergonomique ainsi qu’une étude économique a été entrepris en 2000 pour comprendre la dynamique de l’effort du travailleur sylvicole dans un contexte de travail à forfait. Plus précisément, l’équipe de recherche s’intéressait au comportement des travailleurs face à l’incitatif de la rémunération variable et aux facteurs limitant leur productivité. Un inventaire forestier ainsi que des études de temps et mouvement ont permis de bâtir un modèle de prédiction de la productivité. Ce modèle inclut les variables de site qui expliquent le mieux les variations de la productivité des débroussailleurs. Il s’agit du recouvrement végétal des espèces de compétition (%) et de la densité initiale des arbres (tiges/ha). L’étude du coût physiologique par la mesure de la fréquence cardiaque et de facteurs climatiques ainsi que l’étude approfondie du système de rémunération ont contribué à approfondir les connaissances sur la dynamique de l’effort des travailleurs. Un modèle qui explique les variations de la fréquence cardiaque en relations avec les variables de site a été élaboré. Les résultats de productivité et de fréquence cardiaque ont permis de constater le comportement que les travailleurs adoptent devant des difficultés. Ce comportement a été comparé avec ceux décrits dans la littérature. Les différences observées pourraient s’expliquer par l’effet de la rémunération incitative à taux fixe et par la stratégie adoptée par le travailleur pour atteindre son objectif salarial. Il n’a pas été possible d’intégrer directement une mesure de l’effort du travailleur dans un modèle de productivité ou de rémunération. Cependant, l’utilisation d’un modèle de rémunération à taux variable (rémunération au rendement) a été suggérée pour les ouvriers expérimentés. L’effet du taux variable équivaudrait à une introduction indirecte d’une mesure de l’effort compte tenu de la présence des obstacles comme variable indépendante de la productivité. L’utilisation d’un taux variable à l’hectare amènerait les débroussailleurs à modifier leur comportement. / Since 1986, regeneration areas clean by motor-manual cleaning operations has increases noticeably. However poor working conditions and a lack of recognition contribute to the problem of labor shortage in this field. Silvicultural contractors have problems attracting and conserving a stable working crew. A research project including time studies, ergonomics and economics analysis was undertaken with the aim of understanding the workload dynamic of brushsaw operators paid on a piece rate system. The worker’s behaviour and productivity in relation to incentives, site and climatic factors was studied. This research involved the participation of forty-eight brushsaw operators. A productivity model was then produced based upon forestry inventory data and time studies’ results. The proportion of the area covered by competitive vegetation (%) and the stand density (stems/hectare) were the two variables with the highest determination coefficient. An improved knowledge of workload dynamic was gained through heart rate measurements. The relationship between site factors and heart rate was evaluated. Those results about productivity and heart rate were used to evaluate workers’ behaviour. This behaviour was compared to those found in the literature. Differences were explained by piece rate incentive at a fixed rate and the worker strategy to reach a weekly income goal. The use of a variable piece-rate to compensate brushsaw operators is recommended. Also a fixed wages is recommended during the learning period to decrease workers’ discouragement.

Dans l'industrie, la fabrication de pièces en métallurgie des poudres implique typiquement le pressage à froid d'une poudre métallique dans un outillage spécialement conçu permettant de produire un comprimé ayant la forme de la pièce désirée. Par la suite, ce comprimé est fritte à température élevée afin de souder, par diffusion moléculaire, les particules entre elles, et ainsi, obtenir une pièce résistante aux efforts. Cette technique permet une production à cadence élevée et à faible coût de pièces assez petites et parfois très complexes comprenant des engrenages, des cannelures et plusieurs autres geometries souvent infaisables ou difficiles à réaliser autrement. En raison de leur légèreté et des températures de frittage plus basses, les alliages d'aluminium sont régulièrement employés malgré la présence de certains problèmes de gommage et de coincement des outils ainsi qu'un coût plus élevé de la poudre d'aluminium. Ce projet vise donc à étudier et à améliorer la production par métallurgie des poudres de pièces en alliage d'aluminium. Il se divise en deux principaux volets. Le premier volet porte sur le pressage à froid et plus particulièrement sur l'amélioration des techniques de remplissage et de pressage de la poudre d'aluminium allié alors que le second volet étudie certaines techniques de pressage à chaud. Dans le premier volet, différentes façons d'améliorer le remplissage des cavités avec de la poudre d'aluminium ont été expérimentées, notamment en regard de plusieurs paramètres. Au pressage, les phénomènes de friction et de gommage ont été étudiés puis la cinématique des outils a été analysée afin de réduire les risques de fissuration des comprimés. Dans l'industrie, l'opération de frittage contribue significativement aux coûts de fabrication des pièces. Le second volet du pressage à chaud visait donc à éliminer partiellement ou totalement ce frittage tout en augmentant la densité et la résistance des pièces. Pour ce faire, deux méthodes ont été proposées et expérimentées: (1) le forgeage de pièces préalablement pressées et frittées plus ou moins légèrement, et (2), une nouvelle méthode de pressage de poudres à température élevée ne nécessitant pas de frittage.

Le bois est un matériau souvent utilisé par les architectes pour améliorer l'ambiance générale d'un espace, mais peu de recherches en présentent l’impact réel du matériau sur les impressions visuelles et les effets lumineux. Cette recherche étudie l'influence de la matérialité du bois par rapport à la création d'ambiances d'éclairage spécifiques dans l'architecture. Plus particulièrement, elle se concentre sur l'impact des panneaux décoratifs en bois à générer de la diversité lumineuse dans les espaces intérieurs et son potentiel à améliorer la satisfaction environnementale et l'efficacité énergétique. La recherche utilise des maquettes à l’échelle pour leur précision dans la représentation des ambiances lumineuses d’espaces éclairés naturellement ainsi que les technologies récentes d'imagerie digitale pour capturer et analyser les résultats. La méthodologie permet la comparaison entre les différents réglages des espaces intérieurs créés par une sélection des types de matérialités du bois: la réflectance (valeur), la couleur et la réflectivité. Les modalités spatiales sont comparées en présence d’ensoleillement direct et sous des conditions de ciel couvert puisque les modèles d'éclairage et les ambiances diffèrent considérablement. Les résultats permettent d’établir une discussion sur les ambiances en termes de brillance et de contraste, sur la couleur ainsi que la répartition des zones lumineuses dans l'espace. La recherche souligne le rôle des matérialités que peuvent prendre le bois pour optimiser la diversité lumineuse et la création d'ambiances visuellement confortables, ainsi que ses possibilités d'améliorer les ambiances architecturales par rapport à la lumière. / Wood is a material often used by architects to enhance the overall ambiance of a space but few research discuss its actual impact on visual impressions and luminous effects. This research studies the influence of wood materialities in relation to creating specific lighting ambiances in architecture. More particularly, it focuses on the impact of decorative wood indoor panels on the creation of daylighting diversity in interior spaces and the potential to improve environmental satisfaction and energy efficiency. The research uses scale models for their accuracy in rendering complex daylighting ambiances in conjunction with the latest imaging technologies to capture and analyze the results. The methodology enables the comparison between different settings of interior spaces created by a selection of wood type materialities: ratio (percentage), color and gloss. Spatial modalities are compared in the presence of direct sunlighting and diffuse skylight conditions since lighting patterns and ambiances differ considerably. The results enable a discussion of ambiances in terms of brightness and contrast, color, as well as the luminous distribution in the space. The research underlines roles of wood materialities to achieve luminous diversity and creating visually comfortable interior ambiances as well as its opportunities to enhance architectural ambiances in relation to light.

Résumé : En dépit des nombreuses recherches pour réduire le coût d'inspection des pièces à l'aide d'outils numériques, l'inspection de pièces souples demeure un défi. La raison est que les pièces souples peuvent prendre à l'état libre une forme substantiellement différente de leur géométrie nominale. Il en résulte que l'inspection de ce type de pièces nécessite des outils dédiés et coûteux, comme un gabarit d'inspection. Cette thèse détaille les défis associés au contrôle de ces pièces, pour proposer ensuite une méthode permettant l'inspection à l'état libre de pièces souples ayant une spécification limitant les forces de montage. L'approche proposée combine la méthode par éléments finis, les méthodes de traitement d'images ainsi que les démarches du domaine de l'optimisation. Essentiellement, la méthode proposée transpose (maps) le nuage de points représentant la pièce à l'état libre dans une configuration correspondant à sa géométrie installée sur son gabarit d'inspection. La méthode n'exige pas la conversion du nuage de points en modèle d'éléments finis, et veille à ce que les forces de montage ne dépassent pas leurs limites spécifiées, tout en tolérant des incertitudes dans la position des points de fixation simulant l'interface de montage. Ceci est accompli par le biais d'une optimisation par contrainte des déplacements des points de fixation. La contrainte de l'optimisation limite l'étendue des valeurs des forces de montage. La performance de la méthode d'inspection numérique proposée est évaluée à partir de cas d'études simulés, ainsi qu'à partir de deux pièces réelles du secteur de l'aéronautique. // Abstract : Despite extensive research to reduce the cost of inspection of parts using computational tools, inspection of compliant parts remains a challenge. The reason is that in a free-state, compliant parts can take on different shapes compared to their design model. It follows that the inspection of such parts requires dedicated and expensive inspectionfixtures. This thesis details the challenges associated with the inspection of these partsto then propose a fixetureless inspection method for compliant parts for which theirfunctional requirements mandate to limit the restraining forces imposed during assembly. The proposed approach combines the finite element method, image processing andoptimization techniques. Essentially, the proposed method maps the point cloud, representing the part in a free-state, to a configuration corresponding to its shape mounted onto its inspection fixture. The method does not necessitate the conversion of the point cloud into a finite element model, ensures that restraining forces do not exceed their specified limits, and accepts uncertainties in the position of features simulating the mounting interface. This is done through an constrained optimization on the displacements of the fixing points. The optimization constraint bounds the restraining forces values. The performance of the proposed computational inspection method is evaluated on simulated case studies, as well as on two aeronautics workpiece.

Les ferrures d'ancrage sont des pièces de sécurité automobile qui doivent résister à des chocs éventuels sans se rompre. Elles sont issues de tôles en acier à Haute Limite Elastique et mises en forme par découpage et pliage. L'étude de leur comportement lors de leur fabrication et des qualités mécaniques qui en résulte a été conduite de manière expérimentale et numérique avec confrontation des résultats pour valider la simulation. L'endommagement apporté au matériau est pris en compte dans les routines utilisateur du code EF Abaqus Standard. C'est une des fonctions objectives intervenant dans l'optimisation de la forme des attaches ainsi que dans l'optimisation du procédé de pliage. Les études sont basées sur des plans d'expériences des représentations approchées par surfaces de réponse et la mise en oeuvre d'un réseau de neurones artificiels. Les fonctions objectives sont les efforts exercés sur le poinçon, les contraintes et le dommage lors de l'opération de pliage. Dans les opérations de dépliage figurant le choc dynamique, les fonctions objectives sont l'effort maximal de dépliage, les contraintes et le dommage. La recherche des optima est faite par la méthode des éléments diffus, les stratégies d'évolution et un calcul global. Les paramètres rayon de matrice et jeu entre la tôle et l'outillage sont optimisés en vue de fournir une pièce la plus résistante possible.

Il est important, pour la développement rapide et à moindre coût d'un produit, de considérer différentes contraintes liées à la conception, l'assemblage/ désassemblage (A/D), l'usinage, l'ergonomie, etc. L'utilisation des outils comme les systèmes de réalité virtuelle (RV) donne une nouvelle dimension en terme de développement efficace du produit. Cette thèse propose d'appliquer les technologies de RV à l'étude/ optimisation des systèmes mécaniques complexes et, en particulier, à la simulation d'A/D de composants flexibles. Afin de tenir compte d'un comportement complexe de ces pièces, une telle simulation est basée sur leur modélisation mécanique. Le modèle non-linéaire de poutres flexibles est utilisé, adapté à des spécificités de la RV, étudié et intégré dans un démonstrateur de simulation. Une telle modélisation permet de générer des informations réalistes (efforts, déformations, trajectoires d'A/D,...) et de les utiliser dans l'étude/ évaluation adéquate et rapide des opérations d'A/D en se basant sur la méthodologie proposée. Cette méthodologie tient compte des spécificités dues à la simulation mécanique temps réel, à la caractérisation des propriétés du matériau, aux interfaces de RV, aux problèmes des modèles CAO. Ainsi, les problèmes de stabilité numérique et de recherche rapide de solutions adéquates, la validation expérimentale, les contraintes d'interfaçage en RV, la caractérisation d'A/D à travers des expérimentations physiques et numériques, etc. sont considérés dans ce mémoire. De nombreux tests et exemples montrent l'intérêt de la démarche proposée vis-à-vis des besoins industriels.

Le but de cette thèse est d'établir des résultats énumératifs sur certaines classes de chemins et d'animaux. Ces résultats sont obtenus en appliquant la théorie des empilements de pièces développée par Viennot. Nous étudions les excursions discrètes (ou chemins de Dyck généralisés) de hauteur bornée; nous obtenons des interprétations combinatoires et des extensions de résultats de Banderier, Flajolet et Bousquet-Mélou. Nous décrivons et énumérons plusieurs classes de chemins auto-évitants, dits chemins faiblement dirigés. Ces chemins sont plus nombreux que les chemins prudents qui forment la classe naturelle la plus grande jusqu'alors. Nous calculons le périmètre de site moyen des animaux dirigés, prouvant des conjectures de Conway et Le Borgne. Enfin, nous obtenons des résultats nouveaux sur l'énumération des animaux de Klarner et les animaux multi-dirigés de Bousquet-Mélou et Rechnitzer.

Ce travail de thèse se concentre sur l’étude du comportement dynamique des tubes minces durant leur usinage par tournage et notamment sur la survenue du broutement régénératif. L’étude de l’usinage de ce type de pièce est pertinente car ces pièces font l’objet d’une large diffusion dans divers domaines industriels tels que la construction aéronautique (notamment moteurs), la construction navale, la production de fusées. Ces pièces ayant une faible rigidité, il est fréquent que des vibrations indésirables se produisent en cours d’usinage. Il est donc intéressant d’être à même de les prédire pour les éviter.L’approche proposée vise à permettre un choix rapide et efficace des conditions de coupe, et notamment des profondeurs de passe, pour cette opération d’usinage. Pour cela nous proposons de mettre en place un modèle mécanique analytique du tube (modèle de coque mince utilisant un nombre réduit de degrés de liberté) de manière à réduire les coûts numériques et à faciliter l’analyse du phénomène. L’impact de la taille du modèle sur les résultats est étudié (nombre de formes propres) ainsi que de la prise en compte de l’enlèvement de matière (évolution du comportement dynamique) et du déplacement de l’outil. Afin de valider l’approche une expérience a été mise en place et est également présentée dans ce mémoire. / This work focuses on the study of the dynamic behavior of thin tubes during their machining by turning and gives particular emphasis on the occurrence of regenerative chatter. The study of machining of this type of workpiece is relevant because they are widely used in various industrial fields such as aircraft construction (including engines), shipbuilding, rocket production. As these parts have low rigidity, it is common that undesirable vibrations occur during machining. It is therefore of interest to be able to predict them in order to avoid them.The proposed approach is designed to enable a fast and efficient selection of cutting conditions, including cutting depths for this machining operation. We thus propose to elaborated an analytical model for the dynamics of the tube (thin shell based model using a reduced number of degrees of freedom) to reduce the numerical costs and to facilitate the analysis of the phenomenon. The impact of the size of the model on the results is studied (number of shape functions), as well as the impact of material removal (evolution of the dynamic behavior) and of the motion of the tool. An experiment, presented in this thesis, was also set up in order to validate the approach.

La durée de vie en fonctionnement des pièces mécaniques peut être augmentée par la présence de contraintes résiduelles de compression. Inhérentes à la plupart des procédés de fabrication, contraintes résiduelles jouent un rôle sur la tenue en service des éléments mécaniques. La connaissance et la maîtrise de ces contraintes résiduelles et des procédés associés sont donc fondamentales. La mise en place de méthodes numériques performantes pour prédire ces contraintes résiduelles permettra à terme d'éviter de nombreux et coûteux essais et d'étudier l'influence des principaux paramètres. Cette thèse présente le développement et l'application de méthodes de calcul semi analytiques (SA) à la modélisation de procédés mécaniques de mise en compression des surfaces. Les méthodes SA, initialement développées pour la simulation des contacts élasto-plastiques, ont l'avantage de temps de calcul très significativement réduits par rapport aux méthodes numériques conventionnelles. Cette méthode est d'abord utilisée pour la simulation d'un procédé connu sous le nom de galetage, avec un chargement de type contact roulant. Enfin elle est utilisée pour la simulation d'impacts uniques puis répétés, et les développements associés présentés. Le contact roulant entre deux massifs élasto-plastiques, sans considération du frottement, est d'abord étudié. L'influence de la plasticité et du type d'écrouissage (isotrope ou cinématique), de la géométrie des massifs en contact (sphéres ou ellipsoides) et du type de chargement (indentation ou roulement) sur la pression de contact et les déformations plastique sont analysés. La simulation d'impacts est ensuite abordée. La méthode développée est tout d'abord validée numériquement, puis confrontée à l'expérience. Trois matériaux ont été plus particulièrement étudiés : 316L, AA 7010, et l'Inconel 600. Les dimensions des impacts ainsi que les déformations générées, mesurées par stéréo corrélation sont utilisées pour valider expérimentalement la méthode. Le procédé de billage ultrasonore a été tout particulièrement étudié. Dans un premier temps nous nous sommes attachés à la décrire la cinématique des billes dans une chambre fermée, mises et maintenues en mouvement par une sonotrode. L'utilisation de formules analytiques pour l'estimation des coefficients de restitution, lors des nombreux chocs entre les billes ou avec les parois de la chambre, a permis d'affiner le calcul des vitesses moyennes d'impact en fonction des paramètres du procédé. La méthode SA est ensuite utilisée pour déterminer le champ de déformations plastiques induits par les impacts. Enfin une méthode de projection est proposée pour permettre in fine la prédiction des contraintes résiduelles pour des structures fines ou épaisses. / The life time of mechanical components can be increased by the presence of compressive residual stresses. Inherent to most production processes, residual stresses play a critical role on the mechanical parts behaviour. The knowledge and mastering of residual stresses and linked processes are thus fundamental. The development of efficient numerical methods to predict these residual stresses will allow to save costly experiments and to study the influence of the main parameters. This PhD presents the development and application of semi analytical methods (SAM) to the modelling of mechanical processes of compressive residual stress generation. The SAMs, initially developed for the simulation of elasto-plastic contacts, have the advantage of significantly low computation time compared to classical numerical methods. This method is first used to simulate the low plasticity burnishing process, with a rolling loading. Then, it is used for the simulation of impacts, first unique and then repeated. The frictionless rolling contact between two elasto-plastic bodies is first studied. The influence of plasticity, of the hardening model (isotropic or kinematic), of the geometry of the bodies in contact (spheres or ellipsoids) and of the loading type (indentation or rolling) on the contact pressure and plastic strains are analysed. Impacts simulation is then addressed. The developed method is first validated numerically then confronted to experimentations. Three materials have been particularly studied: 316L, AA 7010 and Inconel 600. The impacts dimensions and the generated strains, measured by digital image correlation, are used to validate experimentally the method. The ultrasonic shotpeening process has been specifically studied. The description of the kinematics of the shots put in movement by a sonotrode in a closed peening chamber has first been studied. The use of analytical formulae for the estimation of the coefficients of restitution, during the numerous impacts between shots and with the chamber’s walls, allowed refining the calculation of the average impact velocity as a function of the process parameters. The SAM is the used to determine the plastic strain field induced by the impacts. At last a projection method is proposed to finally determine the residual stress field in thick or thin structures.

Cette thèse est composée de deux parties. Nous étudions dans la première la conjecture de Wilf pour les semi-groupes numériques et la résolvons dans certains cas. Dans la seconde nous considérons une classe de semi-groupes presque arithmétiques et donnons pour ces semi-groupes des formules explicites pour la base d’Apéry, le nombre de Frobenius, et les nombres de pseudo-Frobenius. Nouscaractérisons aussi ceux qui sont symétriques (resp. pseudo-symétriques). / The thesis is made up of two parts. We study in the first part Wilf’s conjecture for numerical semigroups. We give an equivalent form of Wilf’s conjecture in terms of the Apéry set, embedding dimension and multiplicity of a numerical semigroup. We also give an affirmative answer for the conjecture in certain cases. In the second part, we consider a class of almost arithmetic numerical semigroups and give for this class of semigroups explicit formulas for the Apéry set, the Frobenius number, the genus and the pseudo-Frobenius numbers. We also characterize the symmetric (resp. pseudo-symmetric) numerical semigroups for this class of numerical semigroups.