Doctorat en kinésithérapie et réadaptation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les réservoirs composites de type IV utilisés pour le stockage de l’hydrogène gazeux rencontrent du succès dans les applications mobiles de la pile à combustible. Au cours de leur utilisation, ces supports de stockage sont soumis à des cycles successifs de remplissage/maintien/vidange en hydrogène. Sous des conditions spécifiques de vidange, l’apparition d’un décollement entre l’enveloppe en polyamide 6 qui assure l’étanchéité (liner) et la paroi composite, peut être observée. Ce décollement, encore appelé collapse, peut poser des problèmes de limitation à un débit de vidange lent ou à un seuil minimal de pression résiduelle du gaz sur le liner.Air Liquide a cherché à élucider expérimentalement l’influence des cycles de pression en hydrogène sur le comportement mécanique des liners en situation de collapse. Mais compte tenu des coûts très élevés des essais, l’utilisation d’un outil numérique prédictif s’avérait nécessaire. L’enjeu principal dans le développement d’un tel outil était la modélisation du comportement d’un liner collapsé sous des chargements de cyclage – fluage.L’objectif de cette thèse est de proposer une loi de comportement capable de prédire l’évolution cyclique de la déformée d’un liner en situation collapsée.Le liner est exposé à plusieurs variations de son environnement : présence d’un résidu d’humidité dans le liner après épreuve hydraulique, variations de températures générées par la compression/détente de l’hydrogène, diffusion de l’hydrogène dans le liner. Un travail préliminaire a donc consisté à évaluer l’influence de ces différents facteurs environnementaux sur la réponse mécanique du polyamide 6. Cette première étape a permis de définir un cadre de sollicitation à l’échelle du laboratoire, mais qui préserve les principales caractéristiques du collapse. Les essais de caractérisation sur éprouvette ont montré que le liner pouvait être modélisé par une loi viscoélastique multiaxiale formulée dans le cadre thermodynamique des processus irréversibles en petites déformations, faiblement couplée avec la thermique. Des modifications mineures ont été introduites pour permettre à cette loi de capter les effets du comportement en fatigue-fluage d’un liner en situation collapsé. Ces modifications ont malheureusement pénalisé l’identification manuelle et par conséquent, ont conduit à développer une stratégie d’identification spécifique. La qualité de d’identification a été évaluée dans le cadre isotherme en regardant les effets de la vitesse de la sollicitation, du niveau de contrainte et de la température. Puis, le modèle a été validé en présence de transitoires thermiques, d’abord sur éprouvette, ensuite dans un réservoir en présence d’un collapse. / Hyperbaric hydrogen storage vessels of type IV are encountering success for portable applications of fuel cell. During their use, these cylindric containers undergo repeated fill in/fill out cycles of H2-gaz. Under specific fillout conditions, an emerging detachment between the sealing inner layer (liner) and the composite wall, can be observed. This layer debonding also called collapse may limit the pressure release rate of H2-vessels or increase the residual gas pressure prescribed to avoid collapse.Experimental studies have been conducted by Air Liquide at vessel scale to identify some parameters responsible for the collapse onset. But the high cost of these studies and the complexity of the operating conditions makes the use of numerical tools necessary. That led to a numerical modeling approach. The main goal in the numerical approach is to model the cyclic mechanical response of a collapsed liner under fatigue – creep loadings.In this thesis, the purpose was to develop a mechanical constitutive law able to predict the cyclic deformation of a collapsed liner subjected to hydrogen pressure cycles.The liner was subjected to several environment variations due to: (i) the presence of residual water into the liner after initial hydraulic vessel tests, (ii) the temperature changes caused by the hydrogen compression/expansion, and (iii) the hydrogen diffusion/saturation. So, a preliminary work consisted in investigating the influence of each environmental factor on the polyamide 6 mechanical response. This first step allowed to outline a loading frame at laboratory scale that preserved main characteristics of the collapse phenomenon. Characterization tests on tensile specimens revealed that the liner could be modelled by a non linear viscoelastic law written within the thermodynamic framework of the irreversible processes in small deformations, and coupled with the temperature. Minor changes were introduced to extend the model capacity to capture liner behavior effects during fatigue – creep. These changes had negative impact on the manual method of model calibration, and consequently required to develop a specific identification strategy. The identification performance was assessed in different isothermal frames through stress rate, stress level and temperature effects. Then, the calibrated model was validated by taking temperature gradients into account, firstly on a tensile specimen, secondly within a H2-vessel.

Les inhalateurs à poudre sèche (DPI) sont une alternative attractive aux inhalateurs pressurisés à valve doseuse (pMDI) du fait de leur absence de gaz propulseur. Pour pénétrer dans les poumons profonds, la taille optimale du principe actif est généralement inférieure à 5 μm. Leur mélange avec un transporteur de taille plus importante, principalement le lactose alpha monohydrate, est classiquement utilisé pour améliorer leur écoulement, faciliter le remplissage dans les inhalateurs et améliorer leur dispersion. Cependant, la formulation et la production des mélanges de poudres pour inhalation demandent une optimisation adéquate pour des-agglomérer les particules cohésives de principe actif et assurer l’homogénéité de ces mélanges contenant un faible pourcentage de principe actif (1,5 à 2,5 %). De plus, l’amélioration de la performance aérodynamique de ces mélanges est nécessaire. Le contrôle des propriétés physico-chimiques du principe actif et du transporteur est critique pour atteindre et maintenir la qualité de la formulation des poudres pour inhalation. Dans cette étude, le lactose alpha monohydrate est utilisé comme transporteur. Des lactoses de grade et de qualité différents sont comparés. Le propionate de fluticasone et le sulfate de terbutaline sont utilisés comme principes actifs modèles. Différentes techniques sont utilisées pour caractériser les principes actifs et les transporteurs: la distribution granulométrique mesurée par la méthode de diffraction laser, les propriétés thermiques par la méthode de calorimétrie (DSC), l’analyse d’image par microscopie électronique à balayage (MEB), l’énergie de surface par la méthode de chromatographie gazeuse inverse (iGC)…Le mélange principe actif et transporteur est réalisé grâce au mélangeur type Turbula, l’influence des conditions opératoires a été étudiée. La performance aérodynamique est évaluée par l’impacteur à cascade en verre (Pharmacopée Européenne). Nous avons développé des techniques de caractérisation des mélanges : l’évaluation de l’adhésion par le tamiseur à dépression d’air, la perméabilité des poudres mesurée par le perméabilimètre de Blaine ; la taille des agglomérats de principe actifs déterminée par la méthode de diffraction laser en milieu liquide. Enfin, les propriétés rhéologiques de poudre et en particulier sa fluidisation sont évaluées par un nouveau rhéomètre, le Freeman FT4. La taille des particules de transporteur exerce une influence importante sur la performance des mélanges pour inhalation. La réduction de taille du transporteur diminue les interactions entre le principe actif et le transporteur. Le détachement du principe de son transporteur est ainsi facilité ce qui augmente le pourcentage de principe actif susceptible de pénétrer dans les poumons c’est-à-dire la fraction respirable de principe actif. Différents grades et qualités de lactose de répartition granulométrique similaire mais obtenus par différentes méthodes de production ont été étudiés et comparés. Ces lactoses différaient essentiellement par le procédé de préparation (broyage ou tamisage) et la teneur en fines particules de lactose. Le lactose broyé présente un potentiel d’adsorption mesuré par iGC supérieur à celui du lactose tamisé et sa teneur en fines particules de lactose est plus importante. Les fines particules de lactose peuvent former des agglomérats avec les particules de principe actif ce qui permet une libération plus facile du principe actif lors de la fluidisation car les forces d’adhésion entre ces particules sont moins importantes. Les mélanges ayant une teneur en fines particules de lactose plus importante permettent d’obtenir une fraction respirable de principe actif supérieure lors de l’évaluation aérodynamique du mélange. Dans ce cas, le pic maximal déterminé par iGC est décalé vers les valeurs supérieures de potentiel d’adsorption ce qui est en accord avec l’hypothèse d’agglomération. [...] / Dry Powder Inhalers (DPIs) are attractive alternatives of pressurized Metered Dose Inhalers (pMDI) in pulmonary delivery, thanks to its being free of CFC and ease of use. The typical size of respirable drug particles is generally less than 5 micrometers. Formulations with fine drug particles and coarse carrier particles, usually lactose have been commonly used to facilitate dispersion and flow. Nevertheless, DPI formulation and production require an adequate optimization in order to de-agglomerate the cohesive drug particles and to produce a uniform mixture with a coarser carrier. Furthermore, improvement of the aerodynamic performance of drug mixtures has recently drawn the great attention of pharmaceutical company. Indeed, the close control of drug and carrier physicochemical properties is crucial to obtain and to maintain the quality of formulation during development and manufacturing. In this study, lactose alpha monohydrate was used as carrier. Different grades and qualities of lactose were compared. Fluticasone propionate and terbutaline sulphate served as model drug. Different techniques were used to characterize the properties of drug and carrier: particle size distribution (by laser diffraction), thermal properties by differential scanning calorimetry (DSC), image analysis by Scanning Electronic Microscopy (SEM), and surface energy by inverse gas chromatography (iGC)... Drug and carrier were mixed by low-shear tumble blending mixer, the influence of operating conditions was studied. The aerodynamic performance of drug mixtures was determined by Twin Stage Impinger (European Pharmacopoeia). Several novel techniques were developed during this study in order to characterize drug mixtures. Drug – carrier adhesion was quantified by Alpine Air jet Siever. Powder permeability was measured by permeametry with the Blaine apparatus. Agglomerate size of drug in mixture was also determined by method developed based on laser diffraction in liquid. The rheological properties of powder were determined by Freeman FT4, a new powder rheometer. Carrier particle size plays an important role on the inhalation performance of interactive mixture. Decrease in carrier particle size leads to a decrease of particulate interaction between drug and carrier. The reduced adhesion between drug and carrier particles increased drug detachment, and thus increased the respirable fraction of drug. Different batches of lactose with similar particle size but different production method (milling or sieving) were investigated. Among the parameters tested, the differences are the preparation processes and the content of fine lactose particles. Lactose obtained by milling process shows a higher adsorption potential measured by iGC and it contains more fine particles which could form agglomerates with the drug. Because of their increased detachment mass, drug particles may be more easily detached from the coarse lactose in the air flow. With higher FPF values, which correspond to higher fines content, the peak maxima determined by IGC are shifted to higher adsorption potentials which support the agglomeration hypothesis. [...]

Cette étude a pour objectif la compréhension des phénomènes de transfert de chaleur couplés conduction-rayonnement, en régime transitoire, dans les isolants thermiques du bâtiment, en vue de leur optimisation. Nous avons étudié deux matériaux poreux très différents : des mousses de polystyrène extrudé (XPS) et un isolant en fibres de bois. Les propriétés radiatives ont été identifiées par méthode inverse. Nous avons ainsi mis en évidence la très faible contribution du transfert radiatif pour la laine de bois étudiée. Un modèle de prédiction des propriétés radiatives à partir des données morphologiques a été adopté pour les mousses XPS, puis validé grâce à différentes mesures. Nous avons montré que les propriétés radiatives sont très dépendantes des paramètres morphologiques ainsi que des indices optiques du polystyrène, et qu'un effort de caractérisation doit être fait pour des structures anisotropes. Enfin nous avons validé le code de résolution du transfert couplé conduction-rayonnement en régime transitoire grâce à des mesures fluxmétriques effectuées sur les isolants pris séparément puis mis en assemblages. Dans le cadre de l'isolation thermique du bâtiment, nous avons montré que les flux thermiques aux frontières des isolants en régime transitoire étaient identiques au cas où on considère la conductivité thermique totale qui prend en compte les contributions radiative et conductive. Nous avons montré l'importance des inerties thermiques grâce à des simulations annuelles du comportement de parois. / The objective of this study is to better understand the mechanisms of the coupling radiative-conductive heat transfer of thermal building insulators used in a transient regime. Two insulating materials were studied in this work: extruded polystyrene foam (XPS) and wood wool. The radiative properties were determined using the inverse method. We demonstrated that the contribution of the radiative heat transfer of the wood wool was quite small. For XPS, radiative properties are more significant and are a function of the foam morphological structure as well as the optical indices of the polymer matrix. A model was developed for isotropic XPS material, however additional developments are needed to better characterize the effects of the foam anisotropy. The coupling radiative-conductive heat transfer in a transient regime was analyzed and validated with the heat flux meter measurement. The experiments were performed with a single insulating element and with various combinations of them. For building thermal insulation in a transient regime, we demonstrated the heat fluxes at the borders of insulators, determined by the coupling solution, are identical when considering the total thermal conductivity which includes radiative and conductive heat transfer. The individual contribution of radiative and conductive heat transfer was not noticeable, however the thermal inertia of the material contributed to delay the heat peak.

Les extraits polysaccharidiques totaux (EPS) produits par LOCA-1 et LOCA-2, deux souches de levures isolées de la peau de raisin en Champagne viticole, ont été isolés en vue de leur caractérisation tant biochimique que fonctionnelle. La caractérisation structurale par GC démontre que ces EPS sont des hétéropolymères complexes de haut poids moléculaires (~2.106 g/mol) et sont composés de monomères de mannose, glucose, xylose et d’acide glucuronique, et deux types de substituants mis en évidence par analyse MALDI (sulfate et phosphate). L’élucidation de l’enchaînement structural des résidus osidiques au sein de ces EPS, sur la base des analyses GC/MS et RMN, a mis en évidence la présence d’une ossature principale linéaire constituée d’unités α-(1→3)-D-mannopyranosyles. Toutefois, des différences sont notables entre ces deux souches du même genre. Pour la souche LOCA-1, de courtes chaines latérales de β-(1,2)-xyloses (2-5 résidus) se ramifient à la chaine principale sur ses positions C-2 et/ou C-6. A l’opposé, la chaine mannosidique principale, plus longue chez la souche LOCA-2 (˃40 unités), est substituée en ses positions 2 et/ou 4 par des antennes de xylomannanes. Les caractéristiques structurales de ces EPS n’avaient jamais été observées auparavant chez d’autres microorganismes. La seconde partie de ce travail de thèse est dédiée aux propriétés fonctionnelles (pouvoirs moussant, gélifiant, viscosifiant) de ces EPS. Des propriétés viscosifiantes et moussantes tout à fait exceptionnelles ont été observées à l’issue d’une analyse comparative avec des biopolymères industriels commercialisés.Les propriétés intrinsèques des polymères naturels produits par ces souches indigènes de baies de raisin, en font des candidats potentiels pour une exploitation dans divers domaines d’applications biotechnologiques, et notamment oenologique. / The total polysaccharide extracts (EPS) produced by LOCA-1 and LOCA-2, two yeast strains collected from grape skin in Champagne, were isolated for both their biochemical and functional characterization. Their structural characterization by GC analysis show that EPS were complex heteropolymers with high molecular weight (~2.106 g/mol), and were composed of mannose, glucose, xylose and glucuronic acid as monosaccharide constituents, and 2 types of substituents (sulphate and phosphate) evidenced by MALDI analysis. Elucidation of the structural enchainment of these EPS carbohydrates based on GC-MS and NMR analyses revealed in both studied cases, a linear main backbone built up of α-(1→3)-D-mannopyranosyl residues. However differences have been noted between these two strains. For LOCA-1 EPS, some short side chains of β-(1→2)-xyloses (2-5 residues) are branched to the main linear backbone on its C-2 and/or C-6 positions. In contrast, the LOCA-2 main backbone that is more extended (˃40 units) than the former, is substituted on its C-2 and/or C-4 positions by xylomannan antennas. This is the first report of these yeasts’ polysaccharides with such structural characteristics. The second part of this thesis is devoted to the functional properties (foaming, gelling, and viscosifying abilities) of the EPS. Very exceptional viscosifying and foaming properties were observed after a comparative analysis with some marketed industrial biopolymers.The intrinsic properties of these natural polymers produced by these grape berries indigenous yeast strains, make them potential candidates for operating in various fields of biotechnology applications, especially enology.

Les nanocomposites à matrice polymère et à renforts d’argile ont pris une grande importance au cours de ces deux dernières décennies. Ceci trouve son explication d’une part, dans la grande disponibilité et le faible coût de production de la phase renforçante, et d’autre part dans les remarquables améliorations de propriétés physiques et mécaniques. Ces améliorations sont observées même à de très faibles quantités de renforts comparées à celles de leurs homologues microcomposites. Le développement de ces nouveaux matériaux suscite un fort engouement tant au niveau de la recherche académique qu’industrielle. Cependant, les mécanismes responsables de ces améliorations de propriétés demeurent mal compris et restent l’une des principales préoccupations des chercheurs. Il s’agit dans ce travail de thèse, d’apporter une contribution à la compréhension et à la mise au point d’outils prédictifs du comportement mécanique de nanocomposites polymères à renforts d’argile de type montmorillonite. Pour y parvenir, deux approches de modélisation sont utilisées : la micromécanique des matériaux hétérogènes et la simulation de dynamique moléculaire. Du point de vue analytique, un modèle micromécanique basé sur l’approche auto-cohérente est développé. Le modèle proposé est validé par nos données expérimentales et celles issues de la littérature. Un protocole de simulation de dynamique moléculaire est proposé pour la modélisation à l’échelle atomique de ces nanomatériaux. Cette approche nous a permis, entre autres, de faire la lumière sur les interactions moléculaires entre les différents constituants, et de déterminer les propriétés élastiques effectives du nanocomposite. / Polymer nanocomposites reinforced with clay minerals have attracted a great consideration during the last two decades. That can be explained, firstly, by the availability and the reduced production cost of the reinforcing phase, and secondly, by the remarkable improvements in physical and mechanical properties. These improvements are observed even at very low amounts of reinforcements compared to their microcomposite counterparts. The development of these new materials creates a keen interest both in academic and industrial research. However, the mechanisms responsible of these property improvements are still poorly understood and remain a major concern of researchers. This work contributes to the understanding and to the development of predictive tools of the mechanical behavior of polymer nanocomposites reinforced with montmorillonite clay using two modeling approaches: the micromechanics of heterogeneous materials and the molecular dynamics simulation. An analytical micromechanical model based on the self-consistent approach is developed. The proposed model is validated by our experimental data and those from the literature. A new molecular dynamics simulation protocol is proposed for the modeling of these nanomaterials at the nanometric scale. This approach has allowed us, inter alia, to get insight into the molecular interactions between the different components and to determine the effective elastic properties of the nanocomposite.

Des céramiques piézoélectriques sans-plomb de composition (CazBa1-z)(Ti1-x-wCoxNbw)O3- ont étésynthétisées e Li2O ou de Li2CO3des matériaux denses à une température de 1100 °C au lieu des 1300 °C usuellement requis pour fritter leBaTiO3.fonctionnelles : le coefficient piézoélectrique d33 et le coefficient de couplage kp atteignent respectivement255 pC/N et 43,5%. De plus, un recuit sous O2 des échantillons dopés au cobalt mène à un d33 = 265 pC/Net à un kp = 42,8%.En fonction de la nature des dopants, un caractère « doux » ou « dur » a été observé dans les céramiquespiézoélectriques. Le dopage par les ions Co/Li mène à un comportement « dur » et provoque desphénomènes de vieillissement. On observe ainsi pour un BT:Co,Li vieilli, un cycle P = f(E) àdouble boucle ou déformé pour des échantillons respectivement non-polarisés ou polarisés. Les cyclescours du temps. Ce champ inCes phénomènes particuliers sont dus à la formation de dipôle de défaut (MTi VO )x causée parin, les grandes valeurs ducoefficient de qualité mécanique (Qmsynthétisées vis-à-vis de fortes contraintes, mécanique ou électrique. Cela rend ces matériaux compétitifscomparés au PZT 4 pour des applications de type transduction acoustique. / (CazBa1-z)(Ti1-x-wCoxNbw)O3- lead-free piezoelectric ceramics were prepared using solid-state reaction. Theuse of a Li2O or Li2CO3 sintering aid enables one to obtain dense ceramics at a temperature of 1100 °Cinstead of the 1300°C used for BaTiO3 in conventional sintering. Insertion of Li/Ca/Co/Nb in the perovskitestructure improves functional properties: for micrograin-size ceramics, a piezoelectric charge constant andelectromechanical coupling factor of d33 = 255 pC/N and kp = 43,5% were reached, respectively.Furthermore, a thermal annealing of the cobalt doped sample under O2 atmosphere led to d33 = 265 pC/Nand kp = 42,8%.Soft/hard characteristics of the piezoelectric ceramics are observed depending on the dopant ions. The Co/Liacceptor dopants lead to hard piezoelectric ceramics and aging phenomena. The aged BT:Co,Li exhibitsdouble loops and a distorted hysteresis cycle for non-poled and poled ceramics, respectively. Distortedhysteresis loops for BT:Co,Li show an increased internal bias field with aging time. Insertion of donordopants such as niobium ions significantly reduces the internal field. These behaviors are related to thepresence of defect dipoles (MTi VO )x due to the insertion of acceptor dopants in the B sites following theoxygen vacancies to equilibrate charge compensation. The high mechanical quality factors (Qm > 1000)obtained for the doped BaTiO3 ceramics affords stability against mechanical stress and electrical stress of upto 400 VRMS/mm, which makes these materials competitive with PZT4 for acoustic transducer applications.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La pâte à brasquer joue un rôle fondamental dans la durée de vie d’une cuve d’électrolyse et son efficacité énergétique. D’une part, elle empêche l’infiltration de l’aluminium liquide dans la cuve et, d’autre part, elle fait office de joint entre les blocs cathodiques ce qui les protège de la fissuration et de l’endommagement. Le vieillissement de ce matériau granulaire, en raison de l’évaporation des agents adoucissants assurant sa malléabilité à température ambiante, est susceptible d’influencer ses propriétés physiques, mécaniques et électriques. D’un autre côté, lors de la mise en forme de la pâte à brasquer, le liant présent dans sa composition libère des produits cancérigènes tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques, ce qui constitue un réel danger pour la santé. Afin de pallier cette problématique, plusieurs pâtes écologiques ont été développées. Toutefois, les propriétés physiques de ces nouvelles pâtes et leurs effets sur l’efficacité du procédé ne sont pas encore bien connus. Ce travail a pour objectif l’étude de l’effet du phénomène de vieillissement sur les propriétés physiques, mécaniques et électriques de la pâte à brasquer. Dans cette perspective, une pâte standard et une autre écologique ont été considérées. La caractérisation de l’effet du vieillissement est axée sur la mesure de grandeurs telles que la densité apparente, la perte de masse, le changement volumétrique, le module de Young, le coefficient de Poisson, la résistance à la compression et à la traction ainsi que la résistivité électrique. Les résultats de cette étude révèlent que le vieillissement de la pâte à brasquer affecte principalement la perte de masse après cuisson, le coefficient de Poisson ainsi que les propriétés mécaniques de la pâte crue. / The ramming paste plays a fundamental role in the life of an electrolysis cell and its energy efficiency. On the one hand, it prevents the infiltration of liquid aluminum into the cell and, on the other hand, it seals the cathode blocks which protects them from damage and ultimately from failure. The aging of the coal tar pitch based ramming paste, due to the evaporation of the softeners ensuring its malleability at room temperature, is likely to influence its physical, mechanical and electrical properties. Also, during the compaction of the coal tar pitch based ramming paste, the binder present in its composition releases carcinogenic products such as polycyclic aromatic hydrocarbons, which constitutes a real danger for health. To overcome this problem, several eco-friendly ramming pastes have been developed in recent years. However, the physical properties of these new pastes and their effects on the process efficiency are not yet well known. This work aims to study the aging effect on the physical, mechanical and electrical properties of the ramming paste. In this perspective, a standard coal tar pitch based ramming paste and an eco-friendly one were investigated. The characterization of the aging effect is focused on the measurement of quantities such as apparent density, mass loss, volumetric change, Young’s modulus, Poisson’s ratio, compressive and tensile strength as well as electrical resistivity. The results of this study reveal that the aging of the ramming pastes mainly affects the mass loss, the Poisson’s ratio and the mechanical properties of the green paste.