Cette recherche vise à améliorer la compréhension et l'optimisation des mousses de caoutchouc, en particulier des mousses de caoutchouc naturel. Cela se fait par une intégration complète des résultats de laboratoire et des modèles par éléments finis (EF). L'objectif principal est de simuler, analyser et concevoir des mousses de caoutchouc avec des propriétés mécaniques sur mesure en utilisant des modèles EF pour diverses applications, telles que dans l'industrie du pneu. La nouveauté réside dans l'incorporation de la géométrie 3D réelle dans les modèles EF, abordant une lacune critique dans la littérature actuelle qui repose souvent sur des méthodes mathématiques ou analytiques simplifiées. L'approche interdisciplinaire du projet combine des données expérimentales et des méthodes numériques, offrant une stratégie efficace et économique pour le développement de produits en mousse de caoutchouc optimisés. Tout au long de la recherche, différents sous-objectifs sont poursuivis, notamment la modélisation des matériaux hyperélastiques non moussés, l'exploration de la modélisation géométrique 3D avancée, l'incorporation de la modélisation multi phase, et l'analyse de la concentration des contraintes et des points de rupture. Pour atteindre ces objectifs, différents facteurs affectant les propriétés mécaniques des mousses de caoutchouc ont été sélectionnés et étudiés. Ces facteurs incluent la densité relative de la mousse (0,3 à 0,5), la teneur en agent moussant dans les mousses de caoutchouc naturel (2 phr à 10 phr) et dans les mousses d'élastomère polyoléfinique (2 phr à 5 phr). La conclusion résume les principales résultats, souligne l'impact potentiel de la recherche et décrit les perspectives d'exploration dans le domaine des mousses de caoutchouc. / This work aims to advance the understanding and optimization of rubber foams, especially natural rubber (NR) foams. This is done through a comprehensive integration of laboratory results and finite element (FE) models. The man goal is to simulate, analyze, and design rubber foams with tailored mechanical properties using FE models for diverse applications, such as in the tire industry. The novelty lies in incorporating real 3D geometry into FE models, addressing a critical gap in the current literature that often relies on simplified mathematical or analytical methods. The project's interdisciplinary approach combines experimental data and numerical methods, providing an efficient and cost-effective strategy for the development of optimized rubber foam products. Throughout the research, different sub-objectives are pursued, including modeling hyperelastic unfoamed materials, exploring advanced 3D geometric modeling, incorporating multiphase modeling, and analyzing stress concentration and failure points. To achieve these objectives, different factors affecting the mechanical properties of rubber foams have been selected and investigated. These factors include the relative foam density (0.3 to 0.5), foaming agent content in natural rubber (NR) foams (2 phr to 10 phr) and in polyolefin elastomer (POE) foams (2 phr to 5 phr). The conclusion summarizes the key findings by underscoring the research's potential impact, and outlines avenues for future exploration in the field of rubber foams.

Le génie tissulaire vise à remplacer, réparer ou reproduire un organe ou un tissu pour des fins de chirurgie reconstructive ou de remplacement et pour servir de modèle d’étude et de recherche. Les substituts vasculaires produits par génie tissulaire peuvent être partiellement caractérisés en mesurant certaines de leurs propriétés mécaniques telles que la pression d’éclatement et la compliance et en les soumettant à des essais de fatigue et de fluage. La mesure des ces caractéristiques permet de vérifier que la méthode de fabrication produit des substituts vasculaires présentant des caractéristiques d’ordre physiologique. Un système permettant la mesure de ces propriétés mécaniques de manière fiable, précise et répétitive a été conçu et fabriqué. Ce système contrôlé par ordinateur soumet les substituts à des pressions hydrodynamiques dont les valeurs sont enregistrées de façon synchronisée avec les mesures de diamètre du substitut. L’analyse des données produites permet de calculer les propriétés mécaniques d’intérêts. / Tissue engineering presents a promising approach for producing tissues to replace, repair or reproduce tissues and organs to be used for reconstructive surgery or as a research model. Tissue engineered vascular constructs can be partially characterized by measuring certain mechanical properties such as burst pressure and compliance and submitting them to creep and fatigue tests. Measuring these mechanical properties allows researchers to assess a method’s capability of producing vascular constructs possessing mechanical properties similar to those of native vessels. A system to measure these important mechanical properties in a reliable, precise and repeatable manner was designed and built. The computer controlled system exposed the vascular constructs to various hydrostatic pressures and simultaneously recorded the construct’s internal pressure and external diameter. These values are then used to calculate the mechanical properties of interest.

L'objectif principal de cet ouvrage fut d'établir et de comparer les possibilités d'isolation thermique des constructions industrialisées en bois, tout en satisfaisant aux exigences en vigueur. La conductivité thermique permet de quantifier la déperdition de chaleur à travers un matériau ou un élément, mais on préfère utiliser son inverse, la résistance thermique, pour caractériser le pouvoir isolant. Cette résistance thermique est très dépendante de la présence d'eau dans la paroi; il est nécessaire de pouvoir détecter et mesurer l'humidité afin de contrôler, d'autre part, la condensation. L'application de ces concepts aux bâtiments en bois constitue la phase pratique du présent travail. Il présente des solutions d'isolation thermique des différentes parties de la maison en fonction, entre autres, de la nature et de l'épaisseur de l'isolant. Ce présent travail peut constituer un guide pratique pour les professionnels du bâtiment, afin de choisir et de concevoir un modèle d'isolation conforme aux normes.

Thèse en cotutelle, doctorat en génie civil : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse, France / Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel éléments finis Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des données d'essais et certains mécanismes modélisés issus de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis enjeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions. / A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests results and assumptions of mechanisms modelled from litterature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.

La transformation des résidus forestiers en bioénergie est une façon de récupérer et d'ajouter de la valeur à ces résidus et de produire une forme d'énergie renouvelable pouvant remplacer des produits d'origine fossile. L'objectif de ce projet était de quantifier la variabilité chimique et physique de résidus forestiers de différentes classes de décomposition et d'espèces récoltées dans six régions du Québec. Les résidus étudiés étaient composés de parties d'arbre (troncs ou branches) laissées sur les parterres de coupe après la récolte de bois destiné aux produits du sciage et de la pâte. L'analyse de ces données nous a permis de constater que les variables telles que l'espèce et la région expliquent en partie la variabilité des caractéristiques chimiques du bois. Ces données sont essentielles pour évaluer le potentiel de ces résidus pour la production de bioénergie et pour optimiser les procédés de conversion. La compréhension des différences entre les résidus permettra d'identifier les meilleures stratégies pour transformer ceux-ci en produits de bioénergie par des processus thermochimiques ou biochimiques. Cette étude des propriétés physiques et chimiques des résidus forestiers au Québec offre des perspectives significatives pour le développement futur et l'optimisation de la production de bioénergie au Québec. Une meilleure compréhension des facteurs qui influencent la faisabilité de la conversion de la biomasse forestière en énergie permet de concevoir des stratégies plus efficaces de gestion durable des forêts. En outre, ces connaissances pourraient contribuer au développement de technologies et de procédés plus efficaces pour la production de bioénergie à partir de la biomasse forestière, ce qui pourrait avoir un impact positif sur l'industrie énergétique du Québec et sur sa capacité à répondre à la demande croissante d'énergie d'une manière respectueuse de l'environnement. / The conversion of forest residues into bioenergy is a way of recovering and adding value to these residues and producing a renewable form of energy that can replace products of fossil origin. The aim of this project was to quantify the chemical and physical variability of forest residues of different decomposition classes and species harvested in six regions of Quebec. The residues studied consisted of tree parts (trunks or branches) left on cutblocks after the harvesting of wood for sawmills and pulp mills. Analysis of these data showed that variables such as species and region of origin explain some of the variability in wood chemical characteristics. These data are essential for assessing the potential of these residues for bioenergy production and for optimizing conversion processes. Understanding the differences between residues will enable us to identify the best strategies to transform them into bioenergy products through thermochemical or biochemical processes. This study of the physical and chemical characteristics of forest residues in Quebec offers significant perspectives for the future development and optimization of bioenergy production in Quebec. A better understanding of the factors influencing the feasibility of converting forest biomass into energy will enable us to design more effective strategies for sustainable forest management. Furthermore, this knowledge could contribute to the development of more efficient technologies and processes for the production of bioenergy from forest biomass, which could have a positive impact on Quebec's energy industry and its ability to meet the growing demand for energy in an environmentally friendly way.

La production de l'aluminium primaire est réalisée par le procédé Hall-Héroult dans des cuves d'électrolyse. La cuve d'électrolyse se compose principalement de matériaux carbonés, tels que les cathodes en carbone et les anodes en coke de pétrole qui jouent le rôle d'électrodes. Les cathodes représentent le fond de la cuve d'électrolyse et elles sont disposées de manière à laisser un espace entre elles pour permettre leur expansion à haute température. Ces espaces sont remplis par un matériau carboné nommé la pâte à brasquer. Cette pâte est constituée d'agrégats d'anthracite/graphite et une matrice liante. Il existe différents types de pâte à brasquer sur le marché où, la différence principale est située dans la composition de la matrice liante. Une pâte à brasquer à base de brai de houille comme matrice liante est utilisée depuis longtemps et son comportement dans les cuves d'électrolyse est bien connu. De nouvelles pâtes ont été développées afin d'éliminer la pâte à base de brai de houille qui contient des hydrocarbures aromatiques polycycliques et qui ont un impact néfaste sur l'environnement et sur la santé. Les pâtes à brasquer de la nouvelle génération sont appelées des pâtes propres. Ces pâtes sont récentes, il y a très peu de travaux de recherche sur leurs propriétés physiques et sur l'impact de leur utilisation sur la durée de fonctionnement des cuves. Dans ce travail, nous allons étudier l'une des pâtes de nouvelle génération actuellement utilisée dans l'industrie. Les propriétés de la pâte à brasquer utilisée dans la cuve sont très importantes en termes de résistance mécanique, de conductivité électrique et de durabilité. Les caractéristiques opérationnelles de la pâte à brasquer sont liées à ses propriétés, au processus de sa mise en place et aux sollicitations qu'elle subit entre les blocs cathodiques. La densité après compaction est l'un des paramètres qui peuvent influencer considérablement le comportement thermomécanique de la pâte à brasquer. Pour révéler la relation entre la densité crue et les propriétés physiques après cuisson, une investigation expérimentale est menée à l'échelle industrielle afin d'analyser la distribution de la densité dans le joint périphérique de la cuve. Des échantillons à l'échelle laboratoire ont été fabriqués à différents niveaux de compaction, pour reproduire les densités observées dans le joint, puis cuits à 1000 °C. Les échantillons sont caractérisés pendant et après la cuisson par des tests thermogravimétriques et mécaniques. Ce mémoire présente l'objectif du projet de recherche, la méthodologie utilisée et les résultats obtenus sur la pâte à brasquer étudiée. / The production of primary aluminium is carried out by the Hall-Héroult process in electrolysis cells. The electrolytic cell consists mainly of carbonaceous materials, such as carbon cathodes and petroleum coke anodes which act as electrodes. The graphite cathodes represent the bottom of the electrolytic cell and they are arranged so as to leave a space between them to allow their expansion at high temperature. These spaces are filled with a carbonaceous material called the ramming paste. This paste consists of anthracite/graphite aggregates and a binder matrix. There are different types of ramming paste in the market where the main difference is in the composition of the binder matrix. A paste based on coal tar pitch as a binding matrix has been used for a long time and its behavior in electrolytic cells is well known. New pastes have been developed to eliminate coal tar pitch-based paste which contains polycyclic aromatic hydrocarbons and which have a negative impact on the environment and on health. The new generation of the ramming pastes are called clean pastes. These pastes are recent, there is a little research on their physical properties and the impact of their use on the life of the cell. In this work, we will study one of the new generation pastes currently used in the industry. The properties of the ramming paste used in the electrolysis cell are very important in terms of mechanical strength, electrical conductivity and durability. The operational characteristics of the ramming paste are linked to its properties, the process of its installation and to the stresses, it undergoes between the cathode blocks. The density after compaction is one of the parameters which can considerably influence the thermomechanical behavior of the paste. To reveal the relationship between green density and physical properties after baking, an experimental investigation is carried out at an industrial scale, to analyze the density distribution in the peripheral seal of the cell. Laboratory-level samples were fabricated at different compaction levels, to reproduce the densities observed in the joint, then baked at 1000 °C. The samples are characterized during and after baking by thermogravimetric and mechanical tests. This thesis presents the objective of the project, the methodology used and the results obtained on the paste to be studied.

Dans le cadre d'un projet sur un procédé de projection de cuivre sur des matériaux composites par torche plasma, l'objectif de ce travail est de calculer les propriétés radiatives et de transport pour un mélange Ar/H2/Cu, pour des températures comprises entre 300K et 25000K, et à la pression atmosphérique. En supposant l'ETL, le calcul préalable de la composition permet de déterminer les coefficients de transport et les propriétés radiatives suivant trois méthodes :<br /><br />- le coefficient d'émission nette pour un milieu homogène et isotherme constituant une assez bonne approximation du rayonnement émis par les régions les plus chaudes. <br /><br />- le ‘coefficient moyen d'absorption' basé sur un découpage préliminaire de l'ensemble du spectre en quelques intervalles, la valeur du coefficient d'absorption étant supposée constante dans chacun d'eux pour une température donnée. Cette méthode est intéressante pour trois raisons : sa cohérence avec les valeurs du coefficient d'émission nette dans les régions chaudes ; le calcul explicite de l'absorption du rayonnement dans les régions tièdes du plasma ou dans le gaz froid environnant ; l'utilisation de ces données dans des codes de calcul de mécanique des fluides appliqués aux plasmas thermiques. <br /><br />- la méthode de Chapman-Enskog utilisée pour déterminer les coefficients de transport et basée sur la résolution de l'équation intégro-différentielle de Boltzmann. Une étude critique des intégrales de collision a permis de sélectionner un jeu cohérent de valeurs permettant le calcul original des coefficients de transport pour notre mélange ternaire. <br /><br />Enfin, une étude expérimentale du jet de plasma a été également menée dans le cadre de cette thèse. A partir de méthodes de diagnostics par spectroscopie d'émission, le principal objectif consiste à caractériser l'état d'un plasma Ar/H2 en présence de cuivre et à déterminer les paramètres fondamentaux de la décharge (température, densités des diverses espèces).

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

La pollution diffuse des nappes phréatiques par les pesticides pose un problème environnemental critique. Les approches visant à moduler spatialement la dose de pesticide apportée en fonction des risques de transfert des molécules phytosanitaires à travers le sol sont a priori une solution séduisante. Dans un cadre de recherche, ces approches requièrent une connaissance spatialisée des caractéristiques hydropédologiques du sol, de l'adsorption et de la dégradation des molécules phytosanitaires, afin de pouvoir modéliser le comportement des molécules. Le travail de thèse présenté ici porte sur la première étape d'une telle démarche, la caractérisation des propriétés du sol et d'une molécule herbicide - l'isoproturon - à l'échelle d'un secteur agricole de 2600 ha de Beauce chartraine. Les objectifs de la thèse se décomposent en 3 parties : [i] Caractériser la variabilité spatiale des propriétés pédologiques, physico-chimiques et hydriques du sol (rétention en eau, conductivité hydraulique KSAT, fraction d'eau immobile fIMM), ainsi que les propriétés d'adsorption (KD) et de dégradation (DT50) de l'isoproturon dans l'horizon de surface du secteur agricole étudié ; [ii] Identifier les déterminismes agronomiques et/ou pédologiques des propriétés importantes pour le comportement des pesticides dans les sols ; [iii] Établir et tester des classes et des fonctions de pédotransfert permettant de prédire ces propriétés déterminantes à partir de propriétés agronomiques ou pédologiques plus simples. Les sols de ce secteur sont des sols moyennement épais développés dans un limon éolien reposant sur un calcaire gélifracté et cryoturbé. L'horizon de surface de 34 sites a été caractérisé, avec une détermination systématique des propriétés du lit de semence, et une détermination partielle du reste de l'horizon travaillé. Sur les 50 couches / échantillons de sol caractérisés, un tiers se trouvent dans des parcelles en travail simplifié (sans labour). À l'exception de la masse volumique apparente, les propriétés physico-chimiques du sol sont peu variables (teneur en argile et en CaCO3 notamment). Si les propriétés de rétention en eau et le KD de l'isoproturon sont, elles aussi, modérément contrastées, la fIMM, la KSAT, et la DT50 de l'isoproturon sont très variables. Un

Le béton est un matériau de construction omniprésent dans les ouvrages de génie civil en raison de sa facilité de mise en oeuvre et son faible coût économique. Suite à des incendies de tunnels ou de bâtiments, les structures en béton peuvent présenter d'importantes dégradations. Afin de pouvoir concevoir des ouvrages plus sûrs il s'avère nécessaire de comprendre les phénomènes physiques à l'origine des désordres dans les structures en béton portées à température élevée. Les travaux de recherche de cette thèse permettent de compléter les connaissances déjà acquises sur le comportement du béton à température élevée en mettant l'accent sur le comportement des granulats, de l'interaction pâte/granulats et béton/roche. Ce travail de recherche basé sur une approche expérimentale analyse l'influence de différentes natures de granulats sur le comportement thermo-hydro-mécanique du béton soumis à une température élevée. Cette étude est construite en trois parties : l'étude du comportement des granulats soumis à température élevée, l'étude du comportement du béton avec les granulats testés précédemment et enfin l'étude d'un échantillon bicouche simulant la relation béton/roche dans un tunnel en incendie. Dans la première partie, trois granulats (calcaire concassé, silico-calcaire semi-concassé de Seine et siliceux roulé) subissent des cycles de chauffage/refroidissement à une vitesse de 1°C/min à 150°C, 300°C, 450°C, 550°C, 600°C et 750°C. Pour une même nature de granulat siliceux, le silex présente une instabilité thermique se traduisant par un éclatement à partir de 300°C alors que le quartzite présente une bonne résistance thermique. La cristallinité et la microstructure du quartz jouent un rôle important dans leur stabilité thermique. La teneur en eau initiale présente aussi une importance sur le comportement thermique du silex. Le granulat calcaire présente aussi une instabilité à cause des phénomènes de décarbonatation/hydratation mais seulement pour le cycle de chauffage/refroidissement à 750°C. Les évolutions physico-chimiques, minéralogiques et microstructurales de ces granulats soumis à une température élevée sont ensuite analysées pour bien comprendre le processus d'instabilité. L'évolution des endommagements du silex est décrite par une série d'observations de la fissuration de l'échelle macroscopique à nanoscopique. La deuxième partie de l'étude expérimentale est consacrée aux bétons réalisés avec les trois granulats analysés précédemment. Pour chaque type de granulat, deux rapports E/C de 0.6 et 0.3 pour les bétons sont étudiés. Ces bétons subissent les mêmes cycles de chauffage/refroidissement que les granulats. Nous déterminons l'évolution de la fissuration, des propriétés thermiques, physiques et mécaniques des bétons en fonction des températures subies. Le comportement mécanique résiduel du béton varie selon la nature des granulats et l'influence du granulat dépend aussi de la compacité de la pâte cimentaire. La partie relative à la simulation d'un incendie dans un tunnel avec un bicouche roche/béton fabriqué au laboratoire permet d'analyser le comportement du béton et de la roche en s'intéressant aux transferts de chaleur dans les 2 matériaux au cours de l'exposition à une température élevée. Mots clés : béton, granulat siliceux et calcaire, microstructure, propriétés mécaniques, propriétés thermiques, haute température.