Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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

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

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Les modèles basés sur la mécanique des milieux continus prévoient généralement une déformation à la rupture plus élevée, ainsi qu'une durée de vie en fluage beaucoup plus longue que les valeurs observées expérimentalement. Cette thèse met en évidence deux aspects de cette problématique en analysant l’endommagement à l'aide de tomographie in situ à rayons X de synchrotron et reconstruction 3D de la structure polycristalline par polissages successifs.L’endommagement en termes de fraction surfacique des cavités a été identifié dans les couches de reconstructions tomographiques perpendiculairement à l’axe de déformation. L'évolution de la fraction surfacique des cavités a été comparée avec le modèle de prédiction de Cocks et Ashby. Ce dernier surestime la durée de vie en fluage et sous-estime l’état de l’endommagement. L'importance de l'hétérogénéité initiale de l’endommagement et l’effet de localisation de l’endommagement est également souligné. L'amplitude de la plus grande fluctuation surfacique augmente de façon parabolique en fonction de la fraction surfacique moyenne.Une méthode de sectionnement sériel améliorée basée sur la profilométrie de surface a été développée. Elle permet la mesure précise de l'épaisseur du matériau enlevée localement. Les analyses ont montré que l'emplacement des cavités par rapport aux joints de grains et l’orientation cristallographique des grains au voisinage est similaire pour les échantillons déformé par différents mécanismes de fluage. La population relative des cavités de fluage présente aux joints de grains simples est supérieure à celle présente aux joints triples. Les cavités trouvées aux joints triples, cependant, sont plus grandes. / Power law creep damage is one of the most intriguing unsolved phenomena of materials science. Models based on continuum mechanics generally predict a much higher strain to failure, as well as a much longer creep lifetime than experimentally observed values. This thesis highlights two aspects of this problematic by analyzing creep damage in copper using in situ synchrotron tomography and 3D reconstruction of the damaged polycrystal structure by serial sectioning.Damage in terms of the area fraction of voids was first identified in slices of tomographic reconstructions of creep deformed copper. The local and global evolution of cavities area fraction was checked against the Cocks and Ashby model and it was found that the model overestimates creep lifetime and underestimates damage development. The importance of the initial damage heterogeneity and the role of damage localization are also emphasized. It was found that the amplitude of the largest damage fluctuation increases parabolically as a function of cavity’s mean area fraction.An improved serial sectioning method based on surface profilometry was developed, which allows the accurate measurement of the removed local material thickness. The 3D reconstructions enabled identifying the creep voids and the grains of the polycrystal. It was shown that with the exception of the void shape, the relationship between void location at a given grain boundary and crystallographic orientation of the neighbor grains is similar in samples deformed by different creep mechanisms. The relative population of creep voids is higher at simple grain boundaries than at triple junctions. Voids found at a triple boundary, however, are larger.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation du système optique d'une nouvelle source de rayonnement gamma, ELI-NP-GBS (Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics - Gamma Beam Source), qui utilise des développements récents des technologies des lasers, de l'optique et des accélérateurs. Les caractéristiques finales que devra atteindre cette source sont au moins d'un ordre de grandeur, en intensité, supérieur à la meilleure machine Compton actuelle, HIGS. Un nouveau type de système optique a été conçu pour ELI-NP-GBS. Il s'agit d'un système à 32 passages composé de deux miroirs paraboliques confocaux et d'un ensemble de paires de miroirs. Les miroirs paraboliques permettent la focalisation et la collimation successives d'un faisceau laser de haute intensité (400 mJ par impulsion). La géométrie "dragon-shape" garantie que le croisement du faisceau laser avec le faisceau d'électron se produise avec un angle constant en un point unique. De telles performances sont assurées par un alignement des éléments optiques à mieux que quelques micromètres en position et quelques microradians en orientation et une synchronisation de tous les passages avec les paquets d'électrons à mieux que quelques centaines de femtosecondes. Cet alignement et cette synchronisation est obtenue par l'intermédiaire de procédures et d'algorithmes spécialement développés pour ce système. Les algorithmes ont ainsi été développés et testés sur des simulations numériques dédiées prenant en compte les aspects mécaniques et optiques du système tel que les pré-alignements mécaniques, les états de surfaces des miroirs, la polarisation du faisceau laser, etc. Une première preuve de principe de la méthode de synchronisation a été concluante. / This thesis is about the design and the realization of the optical system of a new gamma-ray source, ELI-NP-GBS (Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics - Gamma Beam Source), which benefits from the recent developments in laser technology, optics and accelerators. The final characteristics that this source aims to reach is one order of magnitude higher in intensity than the actual best Compton machine, HIGS. A new type of optical system has been designed for ELI-NP-GBS. It is a 32 passes system made of two confocal parabolic mirrors and a set of Mirror-Pair Systems. The parabolic reflectors focalize and collimate successively a high intensity laser beam (400 mJ per pulse). The ``dragon-shape'' geometry ensures that the laser beam and electron bunches cross at a constant angle in a unique point. These performances are guaranteed by a few micrometers precision in position alignment, a few microradians precision in orientation alignment and by a few hundreds femtoseconds synchronization between electron bunches and laser pulses for each pass. This alignment and this synchronization is performed by used of dedicated procedures and algorithms. These algorithms have been developed and tested with numerical simulations which take into account the mechanical and optical aspects of the system such as the mechanical pre-alignment, the mirrors' surface deformations, the laser beam polarization, etc. A first proof of principle of the synchronization method has been successful.

L’objectif de cette thèse est d’appliquer en mode in situ les spectroscopies de diffusion inélastique résonante de rayons X (RIXS 1s2p) et d’absorption X hautement résolue en énergie par détection partielle de fluorescence (HERPFD-XAS) à l’étude de la sulfuration des catalyseurs HDS. En effet, seule une compréhension fine de la structure et de la nature de la phase active des catalyseurs à l’échelle moléculaire permet d’améliorer leurs performances dans les procédés catalytiques. Après avoir présenté un état de l’art sur la caractérisation de la phase active des catalyseurs d’hydrotraitement, nous avons montré le potentiel de ces méthodes spectroscopiques à travers des composés de référence à base de cobalt, où celui-ci se trouve dans des symétries différentes avec des degrés d’oxydation différents. Ces résultats révèlent que ces techniques spectroscopiques sont sensibles à la coordinence locale du cobalt ainsi qu’à sa structure électronique. Deux échantillons ont été étudiés pour la sulfuration in situ : cobalt supporté sur alumine et cobalt-molybdène supporté sur alumine. Les résultats par spectroscopie HERPFD-XAS au seuil K du cobalt montrent pour les deux échantillons la formation de CoS2 avant les phases CoMoS et Co9S8, ainsi qu’une contribution constante de CoAl2O4 (phase réfractaire à la sulfuration). L’analyse par la spectroscopie RIXS 1s2p a révélé que le cobalt, présent dans la phase active des catalyseurs, présente un caractère métallique, ce qui a permis de réinterpréter un certain nombre de données présentes dans la littérature. / The aim of this PhD dissertation is to apply resonant inelastic X-Ray scattering (RIXS 1s2p) and high energy resolution partial fluorescence detection X-ray absorption spectroscopy (HERPFD-XAS) to the study in situ sulfurization of HDS catalysts. Indeed, only a detailed understanding of the structure and nature of the active phase of the catalysts at the molecular level makes it possible to improve their catalytic performance. After presenting a state of the art on the characterization of the active phase of hydrotreating catalysts, we have shown the potential of these spectroscopic methods through the study of cobalt-based reference compounds where cobalt is present in different symmetries with different oxidation states. These results reveal that these spectroscopic techniques are sensitive to the local coordination of cobalt, as well as to its electronic structure. Two samples were studied for in situ sulfurization: cobalt supported on alumina and cobalt-molybdenum supported on alumina. The HERPFD-XAS spectroscopy results at cobalt K-edge show CoS2 formation before the CoMoS and Co9S8 phases for both samples, as well as the constant contribution of CoAl2O4 (phase that does not undergo sulfurization). Analysis by 1s2p RIXS spectroscopy revealed that the cobalt, present in the active phase of the both catalyst, has a metallic character, which allowed to interpret in a finer way data published in the literature.