Dans les régions nordiques du Canada, les contextes géographique, climatique, démographique et socioéconomique amènent plusieurs enjeux reliés aux bâtiments. Les communautés de ces régions, majoritairement inuites, vivent actuellement avec plusieurs problèmes de logement, dont la moisissure, le surpeuplement et le besoin accru de rénovations majeures. Le présent mémoire reflète les débuts du développement d'une méthode abordable permettant d'ordonnancer les travaux de maintenance et de rénovation des bâtiments nordiques. L'outil principal de cette méthode est la caméra infrarouge (IR) qui est utilisée dans les diagnostics thermiques des bâtiments, notamment pour la détection des anomalies thermiques, comme le manque d'isolation, l'humidité, la moisissure et les infiltrations d'air. Cependant, la technologie infrarouge est coûteuse, ce qui amène la recherche à comparer la performance d'une caméra IR abordable de faible qualité à celle d'une caméra IR professionnelle et plus dispendieuse. De plus, la recherche développe une méthode, postérieurement automatisée, permettant de classer les anomalies thermiques des bâtiments par ordre de priorité d'investigation et de rénovation. Pour ce faire, plusieurs indices mesurant la gravité d'une anomalie thermique sur une image thermique sont étudiés et comparés. Parmi ces indices, il y a le Contrast-to-Noise Ratio (CNR) adapté aux images thermiques, ainsi que sa version modifiée CNRₘᵢₙ utilisant la température minimale de l'anomalie, et sans oublier ceux déjà utilisés en pratique, soit la température minimale et l'indice thermique. La portée pratique de ce projet aidera à optimiser les interventions dans les bâtiments des régions nordiques du Canada, et par conséquent, à améliorer le confort thermique et la santé des communautés inuit. / In Canada's northern regions, the geographic, climatic, demographic and socioeconomic contexts bring several building-related issues. The communities in these regions, which are predominantly inuit, are currently experiencing a few housing problems, including mould, overcrowding and an increased need for major renovations. This thesis reflects the beginnings of the development of an affordable method for scheduling maintenance and renovation work on northern buildings. The main tool of this method is the infrared (IR) camera, which is used in thermal diagnostics of buildings, particularly for the detection of thermal anomalies, such as lack of insulation, moisture, mould and air infiltration. However, infrared technology is expensive, leading the research to compare the performance of an affordable and low-quality IR camera with the performance of a more expensive and professional IR camera. In addition, the research is developing a method, later automated, for prioritizing thermal anomalies in buildings for investigation and renovation. To do this, several indices measuring the severity of a thermal anomaly via a thermal image are studied and compared. These include the Contrast-to-Noise Ratio (CNR) adapted to thermal images, as well as its modified version CNRₘᵢₙ using the minimum temperature of the anomaly, and not forgetting those already used in practice, i.e. the minimum temperature of the anomaly and the thermal index. The practical scope of this project will help optimize operation in buildings in Canada's northern regions, and consequently improve the thermal comfort and health of Inuit communities.

Cette thèse présente une étude de deux matériaux qui ont connu au cours des dernières décennies une importance croissante dans l'industrie: les polymères mousses et les composites à base de fibres naturelles. L'accent a été mis sur les propriétés rhéologiques et macromoléculaires de ces matériaux lorsque soumis à un procédé de recyclage ou de dégradation. Des tests rhéologiques en cisaillement et en elongation ont révélé l'importance de la rhéologie élongationnelle pour les polymères et les composites. Ces propriétés ont grandement affectées la capacité à mousser du polymère et l'élasticité des composites. Aussi, des tests macromoléculaires ont conduits à la compréhension des processus de dégradation par une compétition entre la rupture et le branchement des chaînes macromoléculaires due à la présence des macro-radicaux. Il a été montré que le processus de recyclage a un effet plus significatif sur le poids moléculaire moyen en nombre que sur le poids moléculaire moyen en masse. Les fibres, ainsi que la présence de bulles dans la matrice polymère ont révélé un effet accru sur les propriétés des matériaux au cours du processus de recyclage par rapport à celles de la matrice polymère soumise aux mêmes conditions.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / L’objectif de cette étude fut d’établir l’effet de la teneur en humidité d’équilibre et de la température sur les constantes élastiques du bois d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.). La méthode de six éprouvettes fut utilisée pour déterminer les constantes élastiques à huit conditions hygrothermiques, soit à quatre teneurs en humidité (7%, 13%, 17% et au-dessus de la saturation des membranes) et à deux niveaux de température (30°C et 50°C). Les mesures de déformabilité ont été faites en compression axiale. La déformation axiale fut mesurée avec un capteur linéaire Sangamo DG1.0 (LVDT). La déformation transverse fut mesurée avec un capteur extensométrique à demi–anneau (CEDA). Les résultats ont indiqué que la déformabilité du bois augmente au fur et à mesure que son humidité d’équilibre augmente. De plus, pour une même humidité d’équilibre, le bois devient plus déformable à mesure que la température s’élève de 30°C à 50°C. / The objective of this research was to study the influence of the equilibrium moisture content (EMC) and temperature on the mechanical properties of black spruce wood (Picea mariana (Mill.) B.S.P.). The six specimen technique was used to determine the elastic parameters under eight hygrothermal conditions: four EMC (7%, 13%, 17% and above the fiber saturation point) at two temperatures (30°C and 50°C). Measurements were made in axial compression tests. Axial strain was measured using a Sangamo DG1.0 linear displacement sensor (LVDT). Transverse strain was measured using two semi-ring extensometers. The results show than wood deformability increases as EMC and temperature increase. Furthermore, at the given EMC, wood deformability increases as temperature increases from 30°C to 50°C.

L’objet de ce travail est de produire et de caractériser des composites structuraux à base de polypropylène et de mousse. La première partie est consacrée au renforcement du polypropylène avec des fibres de chanvre en étudiant l’effet de la concentration de la fibre, de la taille des fibres et de la concentration en agent de couplage sur les propriétés mécaniques. Une étude morphologique par photomicrographies a permis d’expliquer les résultats mécaniques en tension et flexion. On montre que 2% d’agent couplant est suffisant pour optimiser les modules. Dans la deuxième partie, des mousses de polypropylène sont produites par compression avec différentes concentrations d'agent gonflant afin de déterminer l’effet de la réduction de densité et du profil de densité sur les propriétés en tension et flexion. Une caractérisation complète de la morphologie des mousses en termes de taille de cellules, de densité de cellules et d’épaisseur de la peau est faite. L'utilisation du profil de densité est nécessaire afin d’obtenir une bonne prédiction des propriétés mécaniques. Finalement, des structures sandwich avec différents pourcentages de peau et de densité de cœur sont produites. Une analyse morphologique du cœur est rapportée avec les propriétés mécaniques en tension et flexion. On montre qu’une très bonne prédiction peut être faite en utilisant simplement la loi des mélanges et le modèle quadratique avec le profil de densité pour l’effet de la peau et du cœur, respectivement. / The aim of this work is to produce and characterize polypropylene structural composite foams. To do so, the work is divided in three parts. The first part is devoted to study the reinforcement of polypropylene with hemp fibres by changing the fibre content, fibre size and coupling agent concentration. Micrographs are used to explain the results of the mechanical properties measured under tensile and flexural stress. It is found that 2% of coupling agent gives the optimum modulus values. In the second part, polypropylene foams are produced by compression moulding with different concentrations of blowing agent to determine the effect of density reduction and density profile on the tensile and flexural properties. The morphological characteristics (cell size, cell density and skin thickness) of the foams are also examined. It is found that the use of the complete density profile is necessary to predict with high precision the mechanical results. Finally, sandwich structures are produced with different skin ratio and core densities. A complete morphological analysis is reported with mechanical properties (tensile and flexural). It is shown that the simple law of mixture and the square power-law combined with the density profile are enough to predict the effect of the skins and core, respectively.

Dans ce travail, on développe plusieurs méthodes de mesure en ligne et non-intrusives basées sur l'utilisation de la méthode de traitement d'images et qui visent à quantifier la qualité du mélange: matrices de co-occurrence des niveaux de gris (GLCM), méthode de seuillage (tons de gris) et la méthode de couleur RGB. Cette qualité de mélange peut être atteinte en jouant sur des aspects dynamiques liés aux mécanismes qui président la mise en mouvement des particules. Ces mécanismes sont le fait, non seulement des propriétés d'écoulement des particules, mais aussi des conditions d'opération du mélangeur. Ceci a été confirmé par une étude comparative de l'état de mélange de plusieurs milieux granulaires (polymère, verre et bois) tout en se basant sur l'effet de la taille des particules, du nombre de Froude, de la charge de remplissage du mélangeur, de la concentration des constituants et par l'effet de la forme et de l'état de surface des particules selon le coefficient de frottement et la densité des particules. La ségrégation axiale a aussi été abordée en déterminant l'effet du rapport des diamètres des particules, la concentration des petites particules, la longueur du cylindre et son diamètre. Finalement, des modèles sont proposés afin de suivre le comportement du mélange en fonction du temps.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette maîtrise s'inscrivent dans le vaste projet CARRLo (Chemin d'Accès aux Ressources et Routes LOcales) visant à améliorer la qualité des routes non revêtues en contexte climatique nordique canadien. À cause entre autres de l'achalandage réduit et de l'éloignement de la plupart des routes non revêtues, le pavage de ces dernières est une tâche ardue et dispendieuse qui est très peu réaliste, du moins à grande échelle. Toutefois, devant la place sans cesse grandissante qu'occupe la sécurité dans les transports, le contrôle de la stabilisation des routes non revêtues et de la poussière engendrée par la circulation est devenu nécessaire. De plus, face à la rigueur du climat nordique le défi n'est pas seulement de contrôler la poussière, mais aussi de stabiliser les chemins non revêtus en trouvant des produits efficaces dans un contexte de gel et de dégel afin d'augmenter la période où les routes sont praticables. Plusieurs travaux portent sur la performance de divers agents stabilisants et produits d'abat-poussière. Le caractère novateur du présent travail se situe dans l'étude de l'influence de la granulométrie et de la minéralogie sur le comportement d'un matériau granulaire stabilisé ou traité à l'aide d'abat-poussière. Pour ce faire, un programme expérimental d'envergure comprenant des essais de module réversible modifié, de capacité portante, de compression non confinée et de cisaillement direct sont réalisés. Une validation des résultats du programme expérimental sera également effectuée en conditions réelles à l'aide de planches d'essais. L'objectif final des travaux consiste à être en mesure de proposer des familles de produits stabilisants et d'abat-poussière dans un contexte minéralogique et granulométrique précis et en fonction d'objectifs déterminés. Les résultats montrent une réelle influence de la granulométrie et de la minéralogie sur le comportement d'un matériau granulaire stabilisé ou traité à l'aide d'abat-poussière. De plus, les agents stabilisants à l'étude ont démontré qu'ils contribuent à améliorer de manière considérable les propriétés mécaniques d'un matériau granulaire.

Lors de la filamentation d'une impulsion laser femtoseconde dans un gaz, la symétrie du milieu optique est brisée dans la direction de polarisation du champ électrique intense du laser. Les propriétés optiques du gaz sont alors modifiées, le milieu passant d'isotrope à biréfringent. Expérimentalement, l'évolution temporelle de ces modifications d'indice de réfraction est sondée par une seconde impulsion sonde femtoseconde de faible intensité. L'analyse de la figure de diffraction de l'impulsion sonde en champ lointain et la modulation de son spectre révèlent la nature des changements d'indice. Dans les milieux atomiques non résonnants tels que l'argon, ces changements d'indice sont instantanés et sont attribués à l'effet Kerr électronique. Dans les gaz moléculaires tels que l'air et l'azote, l'effet dominant provient de la réponse moléculaire retardée par environ 100 fs et causée par l'alignement des molécules dans la direction de polarisation de la pompe. L'alignement partiel des molécules se reproduit périodiquement dans le temps, aux délais correspondant au quart de la période fondamentale de rotation des molécules.

L'objectif principal de cette étude a été d'établir l'effet de la teneur en humidité d'équilibre sur les propriétés du bois à deux niveaux de température. Deux espèces feuillues tempérées ont été étudiées, soit le bouleau jaune et le hêtre à grandes feuilles. La région près du point de saturation des fibres (PSF) a été particulièrement visée. Deux méthodes de désorption d'humidité aux températures de 25ʻC et 50ʻC ont été appliquées, soit la méthode des solutions salines saturées et celle de la membrane poreuse sous pression. Celles-ci ont été couplées avec des mesures du retrait ainsi qu'à des essais de compression tangentielle. Les résultats ont montré qu'à l'équilibre de sorption, le retrait du bois a commencé avant même d'atteindre le PSF. Alors, ces résultats indiquent qu'une perte de l'eau hygroscopique a lieu en présence d'eau liquide. L'eau liquide qui reste à ce moment serait localisée dans les tissus les moins perméables du bois, soit les rayons ligneux. Une augmentation de la température augmenterait la perméabilité de ces tissus en facilitant la désorption de l'eau restante. Ainsi, la teneur en humidité d'équilibre marquant le début des changements des propriétés du bois diminue avec une augmentation de la température. Cette valeur se rapprocherait ainsi du PSF au fur et à mesure que la température s'élève. De plus, le retrait du bois de hêtre à 50ʻC semble avoir été affecté par un léger collapse localisé dans les zones plus faibles du bois. Enfin, l'hygroscopicité et les propriétés mécaniques du bois ont été plus faibles à 50ʻC qu'à 25ʻC.

Le transfert de chaleur dans les sols est généralement gouverné par la conduction. Cependant, dans les matériaux d’enrochement, la taille des pores est suffisamment grande pour permettre le mouvement de l’air soit par un gradient de pression (convection forcée) ou par un gradient de température (convection naturelle). Il a été montré dans de précédentes études que la convection influence grandement le transfert thermique dans les enrochements d’ouvrages de génie civil tels que les routes, les voies ferrées ainsi que les remblais de barrages construits dans les régions froides (Goering et Kumar, 1996 ; Saboundjian et Goering, 2003 ; Konrad et al., 2006). Le paramètre qui influence le plus la convection est la perméabilité intrinsèque du matériau. Au cours de recherches précédentes, Côté et Fillion (Fillion, 2008 ; Côté et al., 2011b) ont mis au point une cellule de test où les conditions permettant la convection naturelle ont été appliquées à un échantillon de matériau de 1 m3, dans le but de mesurer sa perméabilité intrinsèque. L’analyse des résultats expérimentaux a été faite en utilisant une relation analytique entre les nombres de Nusselt (Nu) et de Rayleigh (Ra), relation basée sur les résultats de Schubert et Strauss (1979) et valide pour une cellule imperméable et aux parois adiabatiques. En comparant les résultats avec les valeurs issues de modèles théoriques, un biais a été mis en évidence. Biais qui aurait pu être causé par la relation analytique utilisée et qui ne serait pas adaptée au montage expérimental dont le comportement n’est pas adiabatique. Dans ce mémoire, les transferts de chaleur à l’intérieur de la cellule expérimentale sont recréés en utilisant une modélisation numérique par éléments finis de la cellule expérimentale. Une nouvelle relation entre les nombres de Nusselt et de Rayleigh adaptée à la cellule est établie et les résultats expérimentaux de Fillion (2008) sont ensuite ré-analysés avec cette nouvelle relation. Les nouvelles mesures de la perméabilité intrinsèque sont ensuite comparées en fonction du modèle utilisé avec les résultats obtenus expérimentalement par Fillion (2008) et par les relations théoriques.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Cette thèse s’inscrit dans le contexte d’une optimisation industrielle et économique des éléments de structure en BFUP permettant d’en garantir la ductilité au niveau structural, tout en ajustant la quantité de fibres et en optimisant le mode de fabrication. Le modèle développé décrit explicitement la participation du renfort fibré en traction au niveau local, en enchaînant une phase de comportement écrouissante suivie d’une phase adoucissante. La loi de comportement est fonction de la densité, de l’orientation des fibres vis-à-vis des directions principales de traction, de leur élancement et d’autres paramètres matériaux usuels liés aux fibres, à la matrice cimentaire et à leur interaction. L’orientation des fibres est prise en compte à partir d’une loi de probabilité normale à une ou deux variables permettant de reproduire n’importe quelle orientation obtenue à partir d’un calcul représentatif de la mise en oeuvre du BFUP frais ou renseignée par analyse expérimentale sur prototype. Enfin, le modèle reproduit la fissuration des BFUP sur le principe des modèles de fissures diffuses et tournantes. La loi de comportement est intégrée au sein d’un logiciel de calcul de structure par éléments finis, permettant de l’utiliser comme un outil prédictif de la fiabilité et de la ductilité globale d’éléments en BFUP. Deux campagnes expérimentales ont été effectuées, une à l’Université Laval de Québec et l’autre à l’Ifsttar, Marne-la-Vallée. La première permet de valider la capacité du modèle reproduire le comportement global sous des sollicitations typiques de traction et de flexion dans des éléments structurels simples pour lesquels l’orientation préférentielle des fibres a été renseignée par tomographie. La seconde campagne expérimentale démontre les capacités du modèle dans une démarche d’optimisation, pour la fabrication de plaques nervurées relativement complexes et présentant un intérêt industriel potentiel pour lesquels différentes modalités de fabrication et des BFUP plus ou moins fibrés ont été envisagés. Le contrôle de la répartition et de l’orientation des fibres a été réalisé à partir d’essais mécaniques sur prélèvements. Les prévisions du modèle ont été confrontées au comportement structurel global et à la ductilité mis en évidence expérimentalement. Le modèle a ainsi pu être qualifié vis-à-vis des méthodes analytiques usuelles de l’ingénierie, en prenant en compte la variabilité statistique. Des pistes d’amélioration et de complément de développement ont été identifiées. / This Ph.D. project has been prepared within the context of an industrial and economic optimisation of UHPFRC structural elements to ensure ductility at the structural level, while adjusting the amount of fibre and optimising the manufacturing process. The model developed explicitly describes the participation of local fibre reinforcement in tension, thanks to a hardening behaviour followed by a softening one. The constitutive law is a function of the local fibre content, of the fibre orientation with respect to tensile principal directions, of the fibre slenderness and other usual material parameters related to the fibres, the cementitious matrix and their interaction. The fibre orientation is taken into account using a normal probability distribution with one or two variables to reproduce any orientation either obtained from a representative simulation of casting fresh UHPFRC or informed by experimental analysis on prototypes. Lastly, the model reproduces the cracking of UHPFRC based on the principle of smeared rotating crack models. The constitutive law is implemented in a structural finite element software as a predictive tool of reliability and overall ductility of UHPFRC elements. Two experimental campaigns were carried out, one at Laval University in Québec and one at Ifsttar, Marne-la-Vallée. The first one is used to confirm the model ability to reproducethe overall behaviour under typical tensile and bending loads in simple structural elements for which the preferential fibre orientation was measured by microtomography. The second experimental campaign demonstrates the capabilities of the model, in an optimisation process, to help manufacture relatively complex ribbed triangular plates of industrial interest in which different manufacturing process and fibre volume have been considered. The identification of fibre distribution and orientation has been performed using mechanical tests on sawn samples. The model predictions have been compared to the global structural behaviour, and to the ductility demonstrated experimentally. The model could be qualified through comparison with conventional analytical engineering methods, taking into account the statistical variability. Improvement and additional developments have been identified.