Le gaz naturel et le biogaz contiennent du H2S qui doit être éliminé avant toute utilisation. Cela se fait généralement par adsorption, par la récupération de H2S et par conversion en soufre élémentaire dans des procédés de type Claus. L'oxydation sélective catalytique de H2S par O2 est une alternative, mais les catalyseurs subissent une désactivation en raison de l'accumulation d'espèces soufrées et le mélange H2S/O2 nuit à la sélectivité. De plus, cela ne peut pas être fait en présence de l'hydrocarbure pour des raisons de sécurité. Un procédé innovant d'oxydation sélective de H2S en bouclage chimique est proposé dans lequel la réaction se déroule en deux étapes : la réduction d’un solide porteur d’oxygène par H2S avec formation de S élémentaire et la régénération du porteur par O2.Il est démontré que V2O5 est une phase active prometteuse pour ce procédé. Parmi plusieurs supports testés, le TiO2 et le SiO2 s’avèrent les plus adéquats et il est montré que les matériaux de faible surface doivent être privilégiés. L'effet de la teneur en V2O5 sur le support de TiO2 est étudié et il est montré que la distribution optimale de phase active est atteinte lorsque l'équivalent de 2 monocouches de V2O5 est présent. L’étude de la réactivité de ce porteur montre qu’un équilibre optimal entre V3+, V4+ et V5+ est nécessaire. La présence d'espèces V4+ favorise la réactivité, mais seule la réduction d'espèces V5+ à V4+ est sélective, la réduction en V3+ entraînant la formation de SO2. Ce procédé est insensible à la présence de méthane, ouvrant la voie à la purification du biogaz ou du gaz naturel sans nécessiter de séparation préalable du H2S. / Natural gas and biogas resources contain H2S, which needs to be removed prior to any use. This is usually done by adsorption followed by H2S recovery and conversion through Claus type processes to produce elemental sulfur. Direct catalytic selective oxidation of the H2S to elemental sulfur is an alternative but catalysts suffer from deactivation due to accumulation of sulfur species and H2S/O2 mixing usually affects selectivity. Furthermore, it cannot be done in the presence of the hydrocarbon due to safety issues. To overcome these limitations, a Chemical Looping Selective Oxidation of H2S (CLSOSH) process is proposed in which the reaction proceeds in two steps: a “reductant step” in which H2S reduces the carrier and produces elemental S and an “oxidant step” in which the carrier is regenerated by O2. V2O5 was demonstrated that to be a promising active phase for CLSOSH. Several support materials were tested. TiO2 and SiO2 proved to be the most adequate and it was shown that low surface area materials should be privileged. The effect of V2O5 loading on TiO2 support was investigated and it was shown that optimal distribution of V2O5 is reached when the equivalent of 2 monolayers of active phase are present. Detailed analysis of the reactivity of this carrier showed that an optimal balance between V3+, V4+, and V5+ need to be found. The presence of V4+ species promote reactivity but only V5+ to V4+ species reduction should be involved to reach optimal selectivity as reduction to V3+ lead to SO2 formation. CLSOSH proved to be insensitive to the presence of methane is the feed, opening the path for biogas or natural gas purification without the need of H2S separation.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail vise à comprendre les relations qui existent entre, d'une part, les hétérogénéités lithologiques et structurales au sein d'un glissement argileux et, d'autre part, l'alimentation en eau des surfaces de glissement. Le site d'étude est le glissement d'Avignonet (Trièves, Alpes françaises), constitué d'argiles glaciolacustres würmiennes. Ce glissement, d'une surface d'environ 1.5 km², est situé à proximité immédiate de celui d'Harmalière qui a évolué en coulée boueuse en 1981. Plusieurs surfaces de glissement sont connues à des profondeurs variables (5, 10-15 et 40-50 m). Dans ces terrains saturés (en dehors de la frange superficielle), les vitesses moyennes de déplacement peuvent atteindre 0.15 m/an. Les observations géodésiques indiquent que, bien que situés dans des contextes géologique et météorologique identiques, les deux glissements ont des cinétiques différentes depuis les années 60 au moins. A l'aide d'outils géophysiques (bruit de fond, tomographies sismiques et électriques, diagraphies) couplés à des données géotechniques (forages, essais de laboratoire, analyses d'échantillons), géodésiques et météorologiques, il est possible de mettre en évidence une activité variable à différentes échelles au sein du glissement. À l'échelle régionale, le contexte morphologique conditionne la cinématique du mouvement de terrain. Les hétérogénéités lithologiques, au sein de la séquence argileuse, induisent un comportement hydrogéologique variable et, conséquemment, une cinétique différentielle en surface. Finalement, les hétérogénéités structurales, telles que les fissures dans une zone intensément déformée, servent de chemin d'infiltration préférentielle et permettent d'apporter rapidement de l'eau jusqu'à la nappe superficielle et aux surfaces de glissement à 10 m de profondeur.

Afin de poursuivre la tendance de réduction des dimensions des dispositifs optiques ou électroniques, les nanostructures sont pressenties comme une solution aux limites des technologies micro-électroniques actuelles. Néanmoins, leur exploitation n'est possible que si leur taille, leur densité et leur positionnement latéral sont précisément contrôlés. Pour un gain de temps, ces nano-objets sont réalisés par croissance collective, et l'ordre latéral n'apparaît en général que si la surface est préalablement préparée. Dans ce contexte, nous avons développé un substrat nanostructuré par la révélation d'un réseau régulier bidimensionnel de dislocations enterrées obtenu lors d'un collage par adhésion moléculaire de plaques de silicium (001). L'utilisation de gravure chimique préférentielle a été optimisée pour révéler les lignes de dislocations formant en surface un réseau carré de nano-plots de silicium séparés par des nano-tranchées plus ou moins profondes. Ce type de surface a été testé pour induire un ordre latéral d'îlots de Ge et de nanostructures métalliques (Ni, Au, Ag). Nous avons montré que l'auto-organisation de ces nanostructures n'était possible que si la barrière énergétique induite par les profondeurs de tranchées était suffisamment grande pour bloquer les effets cinétiques. Dans ces conditions, les îlots ordonnés de Ge ont été analysés par des techniques de rayons X et les nanostructures métalliques par des mesures de résonance plasmon.

Cette étude a pour but la mise au point d'un procédé de dépôt en vue de réaliser des fibres piézoélectriques. Ces fibres pourront être utilisées soit comme jauge de déformation (extensomètre) soit comme système de récupération d'énergie liée au mouvement d'un utilisateur (tissu) pour alimenter un dispositif d'électronique embarqué. Une fibre piézoélectrique constituée d'un dépôt cylindrique d'oxyde de zinc sur un fil d'acier inoxydable a été réalisée par pulvérisation magnétron à impulsion de haute puissance (HiPIMS) à l'aide d'un prototype de traitement au défilé conçu, réalisé et décrit lors de cette étude. Une caractérisation précise des échantillons réalisés dans différentes conditions expérimentales a permis de décrire et comprendre en partie les mécanismes de croissance des dépôts, ceci de manière, en particulier, à déterminer les conditions de fonctionnement optimum pour l'élaboration de dépôts possédant une orientation cristalline préférentielle hors plan. Pour envisager le traitement de fibres ne supportant pas les hautes températures nous avons montré qu'il était possible de contrôler cette température en ajustant certains paramètres du procédé, tel que la pression et la puissance moyenne. Un mécanisme de germination préférentielle suivi d'une croissance par auto-épitaxie a été proposé afin d'expliquer la très forte orientation préférentielle des films réalisés à faible température. Pour des fortes valeurs de courant crête, le phénomène de germination préférentielle associé à la croissance évolutionnaire pourrait favoriser l'orientation (101)*. Pour les plus fortes valeurs de courant, aucune orientation préférentielle n'est observée et les fortes contraintes mesurées ont été attribuées à l'excès d'oxygène détecté dans les couches.

Ce travail de thèse porte sur l’étude de divers mécanismes de fragilisation d’un acier inoxydable supermartensitique 16Cr-4Ni à basse teneur en carbone (Virgo™38) utilisé pour la fabrication des compresseurs centrifuges produits par GE Oil&Gas.Il a été montré que la microstructure fine, polyphasée et morphologiquement très complexe de cet alliage était sensible aux conditions de traitement thermique. Notamment, la proportion et la répartition de l’austénite de réversion, la présence de carbure de chrome et la ségrégation intergranulaire d’éléments fragilisant tel que le phosphore ont été mis en évidence suite à plusieurs traitements thermiques. La ségrégation du phosphore aux joints de grain (SPJG) est l’un des mécanismes entrainant la fragilisation du Virgo™38 sous certaines conditions de traitement thermique.La présence d’austénite de réversion n’entraine pas seulement une amélioration de la ténacité de l’alliage mais également le piégeage de l’hydrogène dans cette phase. Etant donnée la grande instabilité mécanique de l’austénite, sa transformation sous contrainte provoque la libération de cet hydrogène piégé et ainsi une surconcentration locale en hydrogène. La fragilisation par hydrogène est le deuxième mécanisme entrainant la fragilisation du Virgo™38 étudié dans cette thèse.Les mécanismes mis en jeu lors de la formation de l’austénite de réversion conduisent à la répartition hétérogène des éléments d’alliage. L’une des conséquences de cette répartition hétérogène est la corrosion sélective de l’une ou l’autre des phases de l’alliage en fonction du pH de l’environnement et de la charge appliquée. La dissolution préférentielle est le dernier mécanisme abordé. / This PhD thesis is focused on the study of embrittlement mechanisms in a 16Cr-4Ni low carbon supermartensitic stainless steel (Virgo™38) used for the construction of rotating parts of centrifugal compressors produced by GE Oil&Gas.It is shown that the morphologically complex multiphase microstructure of this alloy is very sensitive to the heat treatment conditions. In particular, the fraction and repartition of retained austenite, the presence of chromium carbides and the phosphorous grain boundary segregation (PGBS) are evidenced consecutive to several heat treatments. PGBS is one of the mechanisms leading to brittle failure of Virgo™38 after specific heat treatments.The presence of retained austenite is not only beneficial for toughness but also leads to hydrogen trapping in this phase. Due to the mechanical instability of retained austenite, its transformation under applied stress leads to the release of trapped hydrogen into newly formed martensite and thus to a local overconcentration of hydrogen. Hydrogen embrittlement is the second mechanism studied in this report.Mechanisms involved during the formation of retained austenite lead to the heterogeneous repartition of alloying elements (partitioning). One of the consequences being the selective dissolution of one or the other phase of the alloy as a function of the pH of the environment and of the load applied. Preferential dissolution is the third mechanism studied.

Cette étude a pour but la mise au point d'un procédé de dépôt en vue de réaliser des fibres piézoélectriques. Ces fibres pourront être utilisées soit comme jauge de déformation (extensomètre) soit comme système de récupération d'énergie liée au mouvement d'un utilisateur (tissu) pour alimenter un dispositif d'électronique embarqué. Une fibre piézoélectrique constituée d'un dépôt cylindrique d'oxyde de zinc sur un fil d'acier inoxydable a été réalisée par pulvérisation magnétron à impulsion de haute puissance (HiPIMS) à l'aide d'un prototype de traitement au défilé conçu, réalisé et décrit lors de cette étude. Une caractérisation précise des échantillons réalisés dans différentes conditions expérimentales a permis de décrire et comprendre en partie les mécanismes de croissance des dépôts, ceci de manière, en particulier, à déterminer les conditions de fonctionnement optimum pour l'élaboration de dépôts possédant une orientation cristalline préférentielle hors plan. Pour envisager le traitement de fibres ne supportant pas les hautes températures nous avons montré qu'il était possible de contrôler cette température en ajustant certains paramètres du procédé, tel que la pression et la puissance moyenne. Un mécanisme de germination préférentielle suivi d'une croissance par auto-épitaxie a été proposé afin d'expliquer la très forte orientation préférentielle des films réalisés à faible température. Pour des fortes valeurs de courant crête, le phénomène de germination préférentielle associé à la croissance évolutionnaire pourrait favoriser l'orientation (101)*. Pour les plus fortes valeurs de courant, aucune orientation préférentielle n'est observée et les fortes contraintes mesurées ont été attribuées à l'excès d'oxygène détecté dans les couches / A piezoelectric fiber constituted of ZnO cylindrical coating on a stainless steel wire has been achieved by High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) by using a prototype designed and assembled during this PhD work. The piezoelectric fiber can be used as a strain probe or as a vibration harvesting generator for embedded electronics. The analyses of deposited layer allow to understand ZnO growth mechanism in order to optimize to deposition process. A special emphasis has been placed on the selection of preferential orientation during the growth. The low volume of steel wire, allow to control his temperature by adjusting some process parameters, like the pressure and the average power. Temperature sensitive wires (e.g. polymer) can be treated in the mildest conditions. Preferential nucleation followed by self-epitaxy have been proposed to explain the very strong preferential orientation identified in coatings deposited at low temperature. At high peak current, preferential nucleation and evolutionary growth can promote the (101)* orientation. At highest peak currents no preferential orientation was identified and the high residual stress has been attributed to the excess of oxygen in the coating

Cette thèse étudie les phénomènes de concentration préférentielle et de sédimentation de particules inertielles transportées dans un écoulement turbulent. Pour cela, des expériences ont été menées en soufflerie dans une turbulence engendrée en aval d’une grille active et ensemencée avec des gouttelettes d'eau. La concentration préférentielle se manifeste par la ségrégation spatiale des particules qui bien qu’initialement ensemencée de façon homogène, tendent à se regrouper en amas, laissant en déplétion d’autres zones de l’écoulement. Un effort particulier a été consacré à séparer les mécanismes liés à l’inertie des particules, à la turbulence et aux effets collectifs impactant la formation des amas et modifiant la vitesse de sédimentation des particules. Quatre principaux paramètres non-dimensionnels ont été variés afin d’établir le rôle spécifique de chacun d’entre eux sur les processus de concentration préférentielle et de sédimentation : le nombre de Rouse $Ro $, représentant le rapport de la vitesse de sédimentation des particules à la vitesse fluctuante de l’écoulement; le nombre de Stokes $St$, quantifiant l'inertie des particules comme le rapport entre le temps de réponse des particules et le temps dissipatif de l’écoulement; le nombre de Reynolds $ RE_lambda$ représentant le degré de turbulence et enfin la fraction volumique de la phase dispersée $phi_v$.Deux techniques expérimentales (suivi Lagrangien des particules et interférométrie à phase Doppler) ont été utilisées pour l'acquisition des données et pour le diagnostic de la concentration préférentielle et de la sédimentation des gouttelettes dispersées. Le suivi Lagrangien de particules a été réalisé par visualisation à haute vitesse cadence des gouttelettes dispersées dans une nappe de laser. Cela donne accès aux statistiques simultanées de la distribution spatiale des particules et de leur vitesse. La niveau de clustering a été quantifié à l’aide de tessélation de Voronoï. Nous établissons des lois d’échelles quantitatives caractérisant la dépendance du degré de clustering et de la géométrie des amas en fonction des paramètres de l’étude ($St$, $Re_lambda$ et $ phi_v$. Ces lois d’échelles indiquent une forte influence de $Re_lambda$ et de $phi_v$, mais un faible effet de $St$. Ce résultat est cohérent avec un rôle dominant du mécanisme « sweep-stick » comme origine de la concentration préférentielle, tel que proposé par Vassilicos. En outre, l'analyse conditionnelle des vitesses de sédimentation des particules en fonction de leur appartenance ou non à des amas montre que les zones à fortes concentration tendent à sédimenter plus rapidement que les zones peu concentrées, suggérant un possible rôle des effets collectifs dans l’augmentation de la vitesse de chute. Les mesures par interférométrie de phase Doppler ont ensuite permis d’analyser plus en détail les statistiques de vitesse et de concentration de particules conditionnées à la taille des particules. Ces mesures montrent une augmentation de la vitesse de sédimentation pour les particules de petits diamètres, en accord avec des études précédentes. En revanche, la sédimentation est ralentie pour les particules de plus grand diamètre. Ceci indique une subtile intrication de plusieurs mécanismes possibles affectant la sédimentation turbulente de particules. / This PhD thesis investigates the phenomena of preferential concentration and settling of sub-Kolmogorov inertial particles transported in a turbulent flow. To this end, experiments have been carried out in active-grid-generated turbulence in a wind-tunnel, seeded with water droplets. Preferential concentration manifests itself as the emergence of spatial segregation of the particles, which where initially homogeneously seeded in the carrier flow, leading to clusters and voids. A particular effort has been put in disentangling the roles of particles inertia, of turbulence and of collective effects on the emergence of clustering and the modification of settling velocity and in investigating the interplay between clustering and settling. Four main non-dimensional parameters have been varied to establish the role of each in the clustering process and on the settling of the particles: the Rouse number $Ro$, representing the ratio of the settling velocity of the particles to the fluctuating velocity of the fluid ; the Stokes number $St$ , quantifying particle inertia as the ratio of the particle response time to the flow dissipative time scale ; the Reynolds number $Re_lambda$ representing the degree of turbulence and the volume fraction $phi_v$ representing the concentration of the particles in the two-phase flow.Two experimental techniques (Lagrangian Particle Tracking and Phase Doppler Interferometry) are used to acquire data and diagnose the clustering and settling properties of the dispersed droplets.2D-Lagrangian Particle Tracking has been performed using high-speed visualization of the dispersed droplets in a laser sheet. This gives access to simultaneous statistics of particles spatial distribution and velocity. Clustering has been quantified using Voronoï tessellation and quantitative scalings on the dependency of clustering intensity and clusters dimensions on $St$, $Re_lambda$ and $phi_v$ are found. They show a strong influence of $Re_lambda$ and volume fraction $phi_v$ but a weak effect of $St$. This finding is consistent with a leading role of the “sweep-stick” mechanism in the clustering process, as proposed by Vassilicos. Furthermore, conditional analysis of the velocities of particles within clusters and voids has been performed showing that clusters tend to settle faster than voids, pointing to the role of collective effects in the enhancement of settling.Phase Doppler Interferometry has then been used to further analyse velocity statistics, and particle concentration field conditioned on particle diameter. Enhancement of the settling velocity for small diameters is observed, in agreement with previous studies. On the contrary, for larger particles settling velocity is found to be hindered. This indicates a subtle intrication of several possible mechanisms affecting the settling, including preferential sweeping, loitering and collective effects.

Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase.

La lombalgie compte parmi les causes principales d’incapacité chez des membres des Forces armées canadiennes (FAC). Une prise en charge efficace de cette condition est donc primordiale afin de maintenir des forces opérationnelles. Les études randomisées contrôlées réalisées auprès de la population générale suggèrent que la direction préférentielle (DP) est efficace pour guider la prise en charge de la lombalgie. Toutefois, aucune étude n’a investigué l’efficacité d’une telle approche en contexte réel ou auprès de la population militaire. L’objectif de ce mémoire était d’évaluer, dans le contexte réel de la pratique clinique, l’efficacité d’une prise en charge guidée par la DP parmi des membres des FAC souffrant de lombalgie. Pour ce faire, une étude observationnelle de cohorte incluant 44 membres consentant des FAC a été réalisée. Les patients du groupe exposé (n=22) ont reçu des interventions guidées par la DP. Les patients du groupe non-exposé (n=22) ont reçu les soins usuels, soit des interventions déterminées par leur physiothérapeute, mais pas d’approche guidée par la DP. Les données ont été colligées et comparées entre les deux groupes au début de l’étude, à 1 mois, et à 3 mois grâce à un questionnaire autoadministré concernant la douleur (intensité, localisation, fréquence), l’incapacité perçue, la consommation de médicaments, et l’effet global perçu (douleur, fonctionnement et état général). La perte de productivité et l’utilisation de soins de santé ont été mesurées à 3 mois grâce au dossier médical électronique. Des différences statistiquement significatives en faveur du groupe exposé à une prise en charge guidée par la DP ont été observées pour l’intensité de la douleur (Δ à 1 mois : 1,9/10; Δ à 3 mois : 1,3/10), l’incapacité perçue (Δ 1 mois : 4,3/24; Δ 3 mois : 3,5/24), l’amélioration de l’effet global perçu à 1 mois (douleur : 86,4 % vs 57,1 %; fonctionnement : 81,8 % vs 47,6 %; état général : 86,4 % vs 57,1 %) et à 3 mois (douleur : 95,5 % vs 71,1 %; état général : 95,5 % vs 66,7 %), et l’amélioration du statut au travail à 3 mois (54,5 % vs 23,8 %). Malgré les limites de notre étude, nos résultats suggèrent qu’en conditions réelles de pratique, la prise en charge guidée par la DP est plus efficace que les soins usuels pour réduire la douleur et l’incapacité chez les membres des FAC souffrant de lombalgie. / Abstract : Low back pain (LBP) is a leading cause for disability in Canadian Armed Forces (CAF) members. Efficacious and cost-effective management for LBP is thus essential to maintaining operational capabilities. In randomized controlled trials among the general population, directional preference (DP) was shown useful to guide treatment of LBP, but no studies have investigated this in real-life settings or in military personnel. The purpose of this study was to evaluate, in real-life clinical practice, the effectiveness of DP to guide management of LBP in CAF members when compared to usual care. To that purpose, we conducted a cohort study including 44 consenting CAF members with LBP. Patients in the exposed group (n=22) were assessed for DP and received matching interventions. Patients in the non-exposed group (n=22) received interventions as determined by their treating physiotherapist, excluding any DP-guided treatments. Data were collected and compared between groups at baseline, at 1-month and at 3-month follow-up using self-administered questionnaires regarding pain (intensity, location, frequency), perceived disability, medication, and perceived global effect (pain, function, overall status). Work loss and health care utilization were measured at 3 months using electronic health records. Statistically significant differences, favoring the exposed group, were observed for pain intensity (Δ at 1 month: 1.9/10; CI 95%; 0.97 – 2.89; Δ at 3 months: 1.3/10; CI 95%: 0.35 – 2.31), disability (Δ at 1 month: 4.3/24; CI 95%: 2.12 – 6.38; Δ at 3 months: 3.5/24; CI 95%; 1.59 – 5.33), perceived global effect at 1 month (pain: 86.4% vs 57.1%; function: 81.8% vs 47.6%; overall status: 86.4% vs 57.1%) and at 3 months (pain: 95.5% vs 71.1%; overall status: 95.5% vs 66.7%) with p-values <.05, and improvement in work status (3 months: 54.5% vs 23.8%). Our data suggest that DP-guided management is more effective than usual care physiotherapy to reduce pain and improve function in CAF members with LBP. Our findings are useful to inform clinicians and policy makers to improve management strategies for CAF members.