Ce travail de thèse porte sur l’étude, le développement et l’analyse du couplage hydro-mécanique mis en jeu pendant le procédé d’infusion de résine (LRI) pour la fabrication de matériaux composites. Un modèle mathématique de ce procédé basé sur une caractérisation expérimentale réduite des propriétés mécaniques et d’écoulement des renforts fibreux est présenté. Le modèle considère un problème à frontière libre en couplant la loi de Darcy avec l’équation de conservation de la masse. Des solutions analytiques de l’évolution de la position du front d’écoulement, des profils de pression de fluide et d’épaisseur sont obtenues pour des écoulements unidirectionnels. Une solution pour des écoulements bi-directionnels est également obtenue en combinant des méthodes éléments finis et levelset. Les solutions uni- et bi-directionnelles ont été validées expérimentalement, un accord raisonnable est obtenu. Les fonctions qui relient l’écoulement, au travers des paramètres de position du front et de la perméabilité, et la déformabilité transverse du renfort fibreux ont été obtenues. Ainsi, la conservation de la masse combinée aux conditions aux limites permet d’obtenir une solution simple de l’évolution du front d’écoulement et des profils de pression et d’épaisseur d’une pièce composite infusée. / This thesis describes the study, analysis and development of a methodology to tackle hydro-mechanical coupling involved during Liquid Resin Infusion process. During the researches the new mathematical model of the LRI process for composites manufacturing using a reduced experimental characterization of mechanical and flow properties of fabric was presented. The mathematical modeling has been considering the moving-boundary problem, coupling Darcy's law with the continuity equation. An analytical solution of flow front progression, pressure distribution and thickness evolution has been achieved in 1D. A 2D flow was achieved using combination of finite element and level-set methods for numerical modeling. Proposed analytical and numerical models have been validated against experimental data, reasonable agreements have been achieved. The relationships which links fluid flow (permeability and flow extent) and induced thickness variations have been derived. Consequently, mass conservation together with additional boundary condition gives simple and effective way to find a pressure profile within a part being infused.

L’objectif de cette étude est de comprendre comment la morphologie des composites dentaires basés sur la résine diméthacrylate peut influer sur les propriétés des prosthèses dentaires. Les expériences ont été menées selon deux directions I ) Analyse des échantillons commerciaux 2) préparation des composites avec des nouveaux renforcements. La morphologie, le comportement tribologique et les propriétés mécaniques des couches superficielles ont été déterminés. Certains composites montrent une résistance à l’abrasion accrue pendant la première heure des mesures tribologiques. Ceci indique l’existence d’une couche superficielle de nature différente que le corps. Ce morphologie bimodale conduit à un meilleur arrangement des particules renforçant, résultant en une résistance à l’usure important et une ténacité élevée.Wollastonité est une alternative intéressante comme renforçant. L’ajout des agents bactéricide est efficace contre S. mutans, mais les propriétés mécaniques de ce composites doivent être améliorés. / The aim of this study was an attempt to clarify, how the morphology of dimethacrylate-based dental composite affects the properties of dental fillings. The experiments were carried out bidirectionally: I). The analysis of commercial samples; 2). Preparation ofhome made composites with using of new fillers.Morphology, tribological behavior. mechanical properties of surface layer and bactericidal action of composites were characterized. Some composites exhibit an increased resistance to abrasion during the first hour of tribological measurements. It proves the existence of the “surface layer” of a different nature than the bulk of material.The ‘bimodal’ morphology favors the best packing of filler particles in the matrix, resulting in higher wear resistance and fracture toughness of composites. Wollastonite is an interesting alternative to the commonly used fillers. Addition of bactericidal agents is effective against S. mutans, however, mechanical characteristics of these composites require fine-tuning.

Dans les processus de moulage par transfert de résine (RTM), l’aléa de la perméabilité des renforts fibreux conduit à un écoulement irrégulier de résine et des défauts dans les pièces composites. Une méthodologie a été développée pour étudier les phénomènes stochastiques dans la phase de remplissage des processus RTM en utilisant des méthodes stochastiques pour simuler la propagation des aléas de l'architecture fibreuse aux réponses de remplissage du moule. Employant des schémas numériques développés pour la simulation de remplissage du moule, les solutions du système stochastique en utilisant des techniques intrusives ou non intrusives sont mises en œuvre. Des renforts bidirectionnels cousus avec une architecture périodique et un mat de fils coupés avec une architecture aléatoire ont été respectivement étudiés. Les paramètres aléatoires architecturaux sont extraits par l'analyse d’images de tissus, a partir desquels les modèles de perméabilité locale prenant en compte l'architecture aléatoire sont construits par simulation numérique de l’écoulement dans une cellule unité fibreuse ou par l’approche statistique continue. Les propriétés statistiques des champs de perméabilité sont évaluées et utilisées dans la simulation stochastique pour prédire les statistiques des réponses de remplissage du moule, puis sont comparées avec les résultats expérimentaux pour la validation du modèle de la perméabilité stochastique. En plus, les méthodes de simulation numérique sont mises en œuvre pour d'autres mécanismes aléatoires dans le processus de remplissage RTM, par exemple les effets de bord, la saturation d’un défaut local (pli de tissu) et la saturation à double échelle. / In the Resin Transfer Molding (RTM) processes, the randomness in the permeability of fibrous reinforcement leads to irregular flow patterns and defects in composite products. A methodology has been developed for applying stochastic computational methods to simulate the uncertainty propagation from the fibrous architecture to the mold-filling responses, so as to study the stochastic phenomena in the RTM filling stage. Based on the developed numerical schemes for mold-filling simulation, the solutions of the stochastic system, by either intrusive or non-intrusive techniques, are implemented. The bidirectional non-crimp fabric with periodic architecture and the chopped strand mat with random architecture have been studied, respectively. The random architectural parameters are extracted by analyzing dry fabric images. Local permeability model accounting for the randomness in architecture is constructed by numerical simulation of unit cell flow physics or statistical continuum approach. Statistical properties are evaluated and used in the stochastic simulation to predict the statistics of mold-filling responses, which are compared with the experimental results for validation of the stochastic permeability model. In addition, numerical simulation methods are implemented for other mold-filling mechanisms with uncertainty involved, e.g. the race-tracking, the saturation of wrinkled fabric and the dual-scale saturation, to study other stochastic phenomena in the RTM filling process.

La surveillance radiologique de l’environnement est un enjeu majeur pour étudier l Impact des activités industrielles et humaines mettant en œuvre des substances radioactives. Umalyse de l:tImet Pu présents à l’échelle des ultra-traces dans les sols et les sédiments (- mBq.kg-1) est souvent menée par spectrométrie (après séparation chimique. Ces méthodes souffrent de plusieurs inconvénients. Les objectifs de cette thèse sont par conséquent de simplifier la méthode de séparation et d'obtenir une limite de détection basse et un temps d’analyse relativement court en utilisant lICPMS-HR couplé au système d’introduction Apex-Q/ACM. Sur la base des données de la littérature, une méthode chimique utilisant une seule résine d’extraction chromatographique (DGA) est proposée pour isoler les concentrations ultra-traces d’Am et de Pu des différents types d'éléments interférents. La méthodologie proposée a été évaluée avec des solutions synthétiques avant l'utilisation de solutions de lixiviation d’échantillons préalablement analysés par spectrométrie alpha. La méthode retenue demande plusieurs procédure d’élution pour pouvoir séparer les majeurs, les interférents isobariques, les lanthanides, l’uranium et le thorium. Des rendements de chimie supérieurs à 90% pour Am et 60% pour Pu ont pu être mesurés. La robustesse de la méthode d’analyse a été validée avec un standard de référence certifié (AIEA-38S) .Enfin, le protocole analytique d’isolation et de dosage des ultra-traces d241Am et de 239Pu par ICP-MS-HR solution a été appliqué à des échantillons de sédiments échantillonnés dans l’estuaire de la Loire pour caractériser L’état radiologique du fleuve. / Radiological monitoring of the environment is a key issue for studying the impact of industrial and human activities using radioactive substances. The analysis of Am and Pu present at ultra-trace concentrations in soils and sediments (-mBq.kg-l) is often carried out by spectrometry after chemical separation. This procedure suffers from several drawbacks (multi-step separation process and long coun.tingtime). The objectives of this PhD are consequently simplify separation process and to achieve a low limit of detection with a relatively short analysis time using a high-resolution plasma source mass spectrometer HR-ICP-MScoupled to the introduction system Apex-Q/ACM. Base on literature data, a chemical methodology using a single column extraction chromatography resin (DGA) is proposed for isolating ultra-trace concentrations of Am and Pu from different types of interfering elements. The proposed methodology is assessed with synthetic solutions prior to the use of real leaching solutions previously analyzed by alpha spectrometry. The chosen method requires several elution procedures in order to separate the majors element, isobaric interferes, lanthanides, uranium and thorium. Recovery yields greater than 90% for Am and 60% for Pu were determined. The robustness of the analytical method was validated with a certified reference standard sample (IAEA-385). Finally, the analytical process for isolation and analysis of 241Am and 239Pu at ultra-trace concentration by ICP-MS-HRsolution was applied to samples of sediment taken from Loire estuary to characterize the radiological status of this river.

Aucun résumé disponible ______________________________________________________________________________

Dans le procédé RTM (Resin Transfer Molding) utilisé pour la mise en œuvre de structures composites de haute performance, la phase d'imprégnation d'une préforme fibreuse par une résine est déterminante pour la qualité des pièces fabriquées. Pour éviter des défauts de fabrication, la simulation numérique du procédé est largement utilisée. Elle demande une bonne connaissance de caractéristiques matériau dont la principale est la perméabilité du renfort. La caractérisation expérimentale de la perméabilité ayant une variabilité importante, des techniques numériques fiables et applicables dans l'industrie sont recherchées. Ce projet de thèse vise à développer une méthode numérique d'identification in-situ du champ de perméabilité. La performance de la méthode est démontrée sur l'exemple de trois cas d'étude. Un algorithme basé sur la méthode inverse permet notamment d'identifier la perméabilité isotrope et anisotrope ainsi que de détecter l'effet de race-tracking. Dans la suite, les résultats de ce travail pourront être implémentés dans un système de contrôle on-line du procédé RTM. / In the Resin Transfert Molding process used to manufacture high performance composite structures, the fibrous preform impregnation by resin largely determines the piece quality. Numerical simulation is widely used in order to adress the issue of manufacturing defects. It is necessary to know material charasteristics of preform such as perméability which is the most important one. Generally, the preform permeability is obtained by an experimental measurement having a large variability. Therefore, reliable numerical techniques are being looked for. This PhD thesis aims to develop a numerical algorithm by inverse method to identify in-situ the permeability field. The performance of the method is shown by validation of three study cases. The developped algorithm allows to identify isotropic and anisotropic permeability as well as to detect the race tracking effect. In a future work, this numerical algorithm will be implemented in an on-line control system to optimize the mold filling process.

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

Ce rapport présente les recherches qui ont été effectuées en vue de considérer l'utilisation des matériaux composites dans les lignes aériennes de transport d'énergie électrique. Le présent document débute par une introduction présentant quelques généralités sur les matériaux composites, telles que les constituants du matériau (fibres, résines, charges et additifs) et les procédés de fabrication. Dans cette introduction, on présente également les choix des fibres, des résines, des charges et des additifs qui sont spécialement utilisés dans le domaine du transport d'énergie électrique, sans oublier les caractéristiques et les avantages des matériaux composites pour une utilisation dans ce domaine. Cette section se termine en présentant les principaux fabricants nord-américains de profilés en matériaux composites servant des applications du génie civil. Les méthodes de calcul nécessaires à la conception de structures en matériaux composites sont par la suite présentées dans ce rapport. Les notions et les équations requises pour la conception de profilés en matériaux composites, selon la norme européenne Eurocomp, sont résumées : principes de conception en tension, en compression, en flexion, en cisaillement, ainsi que les principes de stabilité tels que le voilement de l'âme sous charges concentrées, le flambement et les effets combinés. On présente également d'autres méthodes de conception de membrures en matériaux composites qui ont été trouvées et analysées lors de la recherche bibliographique effectuée sur le sujet. On y expose, notamment, les principes de plusieurs manuels de dimensionnement de divers fabricants et les équations de chercheurs tels que Barbero, Lekhnitskii, Kollár, Qiao & Shan et Pecce & Cosenza. Au coeur de ce rapport, on retrouve le programme expérimental mis en place pour évaluer les principes de calcul précédemment énumérés dans le document. La méthode pour déterminer les propriétés mécaniques des profilés en matériaux composites testés en laboratoire ainsi que les résultats obtenus des essais sur les coupons sont résumés. On y présente également les essais en compression et en flexion qui ont été effectués dans les laboratoires de l'Université de Sherbrooke sur des membrures en matériaux composites telles que des cornières, des tubes carrés et rectangulaires, ainsi que des poutres section en I et en H. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les méthodes existantes de conception de profilés en matériaux composites est ensuite faite pour chacune des membrures testées en laboratoire. Le coeur du rapport se termine par la présentation des conceptions de structures en fibre de verre réalisées pour une ligne aérienne de transport d'énergie électrique de 69 kV. On retrouve donc dans cette section les hypothèses de calcul qui ont été utilisées pour la détermination des charges, les configurations des structures employées, la norme et les principes de conception qui ont été suivis, un résumé des membrures composant les structures ainsi qu'une analyse des coûts de cette ligne de 69 kV en matériaux composites. Le rapport se termine par une conclusion qui fait un retour sur les points importants exposés dans ce mémoire.

La famille des résines alkydes occupe une place prépondérante dans l'industrie des peintures et vernis. Leur élaboration s'effectue en milieu fondu à des températures supérieures à 180°C. Puis ces résines sont émulsionnées dans l'eau en présence de pigments, charges et de tensioactifs. L'objectif de cette thèse est d'effectuer la synthèse de ces alkydes à partir de monomères d'origine naturelle par polyestérification directement en émulsion dans l'eau et sous activation micro-ondes pour des gains de temps et d'énergie. La synthèse de ces alkydes a été réalisée tout d'abord en masse sous chauffage conventionnel, en utilisant des monomères issus principalement de la chimie verte. Puis les comportements énergétiques des émulsions de type huile/eau ou eau/huile ainsi que des solutions ioniques et micellaires ont été étudiés, permettant ainsi de comprendre la contribution de chacun des ses constituants. Avant d'effectuer la polyestérification des alkydes en émulsion dans l'eau, une étude modèle a été réalisée sous chauffage diélectrique MO en utilisant deux monomères de nature hydrophobes. Par comparaison avec le chauffage conventionnel, des polymères de masses molaires plus fortes sont obtenus en un temps plus court. La transposition de ce type de synthèse aux alkydes en utilisant deux principales voies de synthèses, en une seule ou deux étapes, nous a permis de sélectionner les bons tensioactifs permettant de maintenir des émulsions (huile /eau) stables à des températures allant jusqu'à 230°C. Cependant cette synthèse n'a abouti qu'à la formation d'un polymère de masse molaire de 3000 g/mole ce qui reste très faible par rapport à la synthèse en milieu fondu. Ceci est la conséquence directe de la compétition entre la réaction d'hydrolyse et la réaction de polyestérification. L'étude de la réaction d'hydrolyse des triglycérides provenant de l'huile de tournesol conduite en émulsion dans l'eau (eau/huile et huile/eau ) sous activation MO, montre une accélération de la réaction et par conséquent tout l'intérêt d'utiliser une activation micro-ondes / Alkyd resins are amongst the most important and widely used resins in coating sectors. Their preparation is carried out in bulk at elevated temperatures (˃180 ° C). These resins are then emulsified in water in the presence of pigments, fillers and surfactants. The objective of this thesis is to synthesis these alkyds directly in aqueous emulsion under microwaves activation to accelerate polyestrification reaction. The synthesis of these alkyds was performed in a molten state under conventional heating using monomers mainly from green chemistry. Then the energy behavior of emulsions, ionic and micellar solutions were studied, allowing understanding the contribution of each of their constituents. Before performing the polyesterification of alkyd emulsion in water, the polyesterification of hydrophobic compounds in aqueous emulsion was carried out under dielectric heating MO. Compared with conventional heating, polymers with molar masses higher are obtained in a shorter time. The transposition of this type of synthesis with Alkyd using two main synthetic routes, in one or two steps, we were able to select the surfactants to maintain emulsions (oil/water) stable at temperatures up to 230 °C. However, this synthesis led to the formation of polymer molar mass of 3000 g / mol, which is very low compared to the synthesis in the bulk conditions. This is a direct consequence of the competition between hydrolysis reaction and polyesterification reaction. The triglycerides hydrolysis study from sunflower oil in aqueous emulsion (water / oil and oil/water) under MO activation shows an acceleration of the reaction

Cette étude concerne l’élaboration de composites à matrice polylactide par procédé RTM (Resin Transfer Molding). Elle se focalise sur la polymérisation par ouverture de cycle (POC) in situ, du L-lactide, en procédé RTM avec comme objectif d’obtenir en une seule étape de synthèse, un composite présentant une matrice biosourcée, biodégradable et biocompatible, avec une bonne imprégnation des fibres par la matrice pour un taux de renfort élevé. Dans un premier temps, des essais préliminaires de polymérisation en masse (sans solvant) du L-lactide en ballon à l’échelle du gramme et en l’absence de renfort ont été réalisés. Ces expériences ont permis de déterminer les conditions initiales permettant l’obtention de matrices PLLA présentant le moins de L-lactide résiduel possible (conversions supérieures à 90 %) et les masses molaires les plus élevées (Mn = 70 000 - 100 000 g.mol-1). Ces caractéristiques sont en effet primordiales pour avoir des propriétés thermomécaniques optimales de la matrice PLLA et adaptées à des applications composites. Cette étude a été suivie d’essais de polymérisation, toujours à l’échelle du gramme, en présence de fibres de différentes natures afin d’étudier leur influence sur la polymérisation, les fibres présentant le moins d’influence étant les fibres de verre tissées (conversion et masses molaires supérieures à 90 % et 70 000 g.mol-1, respectivement). Les conditions expérimentales déterminées précédemment ont été transposées et ajustées pour l’élaboration, en procédé RTM, de composites polylactide/fibres de verre par polymérisation du L-lactide catalysée par l’octanoate d’étain. L’optimisation du procédé RTM a été réalisé en faisant varier la masse de monomère, la concentration en catalyseur, la quantité de fibres, le mode de chauffe de la cuve, la pression d’injection et la pression et température dans le moule. Les propriétés physico-chimiques et mécaniques de composites obtenus ont été également étudiées. Les composites obtenus présentent des conversions de plus de 95 % et des masses molaires pouvant atteindre 80 000 g.mol-1. Les conditions RTM n’influencent pas les propriétés thermiques (Tg = 50 °C ; Tf = 170 °C) et structurales (cristallisation en phase α) du polylactide matricielle. De plus les résistances à la traction et modules d’Young des composites PLLA/fibres de verre peuvent atteindre les 200 MPa et 6 GPa respectivement. La dernière partie concerne l’élaboration de composites à matrice PLLA par procédé RTM en présence de catalyseurs présentant une plus faible toxicité, afin de remplacer l’octanoate d’étain, catalyseur de référence pour la polymérisation du L-lactide qui présente cependant une certaine toxicité et qui pourrait dans un futur proche être proscrit des procédés industriels. Des catalyseurs à base de titane, zinc, magnésium et calcium ont ainsi été étudiés, mais seul le catalyseur de zinc conduit à un matériau satisfaisant pour une application composite (conversion supérieure à 90 % et Mn supérieure à 30 000 g.mol-1), bien que les propriétés mécaniques résultantes soient inférieures à celles obtenues avec le catalyseur d’étain (σ = 93 MPa et E = 3,3 GPa). Enfin, l’utilisation de fibres recyclées en tant que renfort a également été étudiée. Bien que les hautes conversions (95-98 %) et masses molaires (Mn jusqu’à 60 800 g.mol-1) aient été atteintes, les propriétés mécaniques résultantes sont bien inférieures à celles obtenues en présence de fibres de verre (σ = 65 MPa et E = 2,2 GPa). / This study deals with the development of polylactide based composites by RTM (Resin Transfer Molding). It focuses on the in-situ ring opening polymerization (ROP) of L-lactide in the RTM process in order to obtain, in a single step, a composite with a biobased, biodegradable and biocompatible matrix, presenting a good impregnation of the fibers by the matrix for a high reinforcement rate. First, preliminary mass polymerization tests (solvent-free) of L-lactide in flasks at the gram scale and in the absence of reinforcement were carried out. These experiments enable to choose the initial conditions enabling to reach high molecular mass PLLA matrices (Mn = 70 000 - 100 000 g.mol-1) containing the lowest residual L-lactide content (conversions up to 90 %). These characteristics are indeed essential to reach optimal thermomechanical properties of the PLLA matrix, suitable for composite applications. Polymerization tests on a gram scale in the presence of fibers of different kinds have then been carried out in order to evaluate their influence on the polymerization. Woven glass fibers display the least influence (conversion and molecular masses up to 90% and 70 000 g.mol-1, respectively). The experimental conditions determined above have been first transposed and adjusted for the production by RTM of polylactide/glass fiber composites obtained from L-lactide catalyzed by tin octoate. The RTM process was optimized by varying different experimental parameters such as the monomer mass, catalyst concentration, fiber quantity, tank heating, injection pressure and mold pressure and temperature. The physico-chemical and mechanical properties of the composites obtained were also studied. PLLA/glass fiber composites display conversions up to 95% and molar masses of up to 80 000 g.mol-1. The RTM conditions show no influence on the thermal (Tg = 50 °C; Tf = 170 °C) and structural (crystallization in the α phase) properties of the polylactide matrix. In addition, the tensile strength and Young's modulus of those composites can reach 200 MPa and 6 GPa respectively. The last part concerns the production of PLLA matrix composites by RTM process in the presence of catalysts presenting lower toxicity than tin octoate, the catalyst used industrially for the polymerization of L-lactide. Catalysts based on titanium, zinc, magnesium and calcium were consequently studied, but only the zinc catalyst leads to a material suitable for composite application (conversion and Mn up to 90% and 30 000 g.mol-1). Although the resulting mechanical properties are lower than those obtained with the tin catalyst (σ = 93 MPa and E = 3,3 GPa).Finally, the use of recycled fibers as the reinforcement instead of glass fibers was also studied in the presence of tin octoate. Although the high conversions (95-98%) and molar masses (Mn up to 60 800 g.mol-1) have been achieved, the resulting mechanical properties are much lower than those obtained in the presence of glass fibers (σ = 65 MPa and E = 2,2 GPa).