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.

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.

Ce travail de thèse se place dans le cadre d'une convention université/industrie de type CIFRE entre le CRAN et la scierie Siat-Braun. Le processus de transformation d'une scierie est divisé en deux parties. Tout d'abord, le parc à grumes tronçonne une grume en billons (bois ronds de longueur standard) qui sont triés en lots homogènes en dimensions et qualité. Ensuite, la ligne de sciage transforme ces billons en produits finis (sciages) également triés par dimensions et qualité. Le tri qualitatif des billons ayant une influence directe sur la qualité des produits finis vendus, les scieries visent à optimiser cette étape afin de réduire le taux de déclassement des produits finis. Dans cet objectif, la scierie Siat-Braun a investi dans un nouveau parc à grumes. Les travaux de cette thèse contribuent au développement et à la mise en oeuvre de ce système dédié au tri Qualité des billons. Le premier chapitre de ce mémoire positionne le projet dans la filière Bois puis explicite les contraintes et les besoins d'une scierie en termes de Qualité. Une étude bibliographique met en évidence les différents systèmes d'observation permettant la mesure des caractéristiques du bois dans le but de faire un classement qualité, aussi bien des billons que des produits finis. Le système d'observation choisi par notre partenaire industriel est ensuite présenté. L'objectif de la seconde partie du mémoire est d'expliciter et de définir la Qualité Billons pour le nouveau système de tri. Cette notion de qualité étant détenue par les opérateurs de tri, nous avons proposé d'extraire, de formaliser et de modéliser cette connaissance en utilisant la méthode NIAM-ORM. Cette méthode a permis d'obtenir deux ontologies structurées : la Qualité Billon et la Qualité Sciage que nous avons exploitées dans le chapitre 3 afin de mettre en avant 50 liens entre les deux qualités généralement appréhendées séparément. Cette étude a également permis d'extraire 34 critères pertinents pour spécifier la Qualité Billon en 9 classes, au regard de la Qualité Sciage. De plus, l'exploitation des modèles de connaissance fournit un paramétrage initial pour la mise en service du système d'observation (critères d'entrée, classes de sortie, seuils de décision). Ce paramétrage est alors éprouvé lors des premières exploitations. Les premiers tests sur les produits finis et l'exploitation des données délivrées par le capteur nous servent à valider et à affiner le paramétrage pour améliorer le classement des billons en fonction de la qualité des produits finis obtenus. Ces travaux de thèse ont donc permis de capitaliser la connaissance Experte des acteurs du projet puis d'obtenir une configuration initiale pertinente pour la première mise en service du système de tri. Les premières analyses ont permis d'améliorer le paramétrage du système de tri Qualité Billon. Dans un futur proche, nous envisageons d'approfondir l'analyse des données fournies par le système afin d'améliorer la sélection des critères pertinents / This study takes place in the frame of a university/industry convention between the CRAN and Siat-Braun sawmill. Sawmill transformation process is divided in two parts. First, the log yard cuts down stem in logs (round timber with standard length) which are sorted out in homogeneous batches by dimensions and quality. Then, the sawing line transforms those logs in end products sorted out by dimensions and quality too. The qualitative sort out of log has a direct impact on sold product quality, so sawmills try to optimize this production step in order to reduce the product downgrading rate. In this goal, Siat-Braun sawmill invested in a new log yard. This study contributes to the development and the commissioning of this system dedicated to log Quality sort out. The first chapter of this thesis places the project into wood industry then explicates sawmill constraints and needs in term of Quality. A literature review points out different observation systems allowing measurement of wood characteristics in order to make a product and log quality rankings. Observation system chosen by our industrial partner is then presented. The objective of the second chapter is to clarify and defines Log Quality to the new log yard. This quality notion being held by the sorting operator, we suggested extract, formalize and model this knowledge using NIAM-ORM method. This method allowed obtaining two structured ontologies: the Log Quality and the Product Quality which we used in the chapter three in order to underlying 50 links between both qualities usually tackle separately. This study allowed also extracting 34 relevant criteria to specify Log Quality in 9 classes, regarding Product Quality. In addition, knowledge model analysis gives an initial set up to the first commissioning of the Observation system (input criteria, output classes, decision thresholds). This set up is so proven during system exploitation. The first tests on end products and data processing delivered by the sensor are used to validate and refine the set up to improve the log sort out regarding the obtained product quality. So, this study allowed capitalizing Expert knowledge of the project actors and then, obtaining a relevant initial configuration of the sort system for the first use. First analysis allowed improving Log Quality sort out system set up. In a near future, we want to go deeper in analysis of data given by the system in order to improve relevant criteria selection

Dans le cadre du retraitement des déchets nucléaires et du recyclage de métaux critiques, l'extraction par solvant est l'une des technologies les plus utilisées. L'interface liquide entre deux fluides non miscibles est considérée comme une région où de multiples phénomènes physiques et chimiques sont à prendre en compte et peuvent limiter ou favoriser le transfert d'espèces entre les deux fluides. La structure de ces interfaces doit être connue en fonction de plusieurs paramètres thermodynamiques pour pouvoir déterminer le paysage énergétique associée. La réflectivité de neutrons et de rayons est un des outils appropriés pour sonder ce genre d'interfaces enfouies et fluctuantes à l'échelle nanométrique et à l'équilibre. Pour cette étude, une nouvelle cellule a été construite et un programme spécifique d'analyse de données a été élaboré.Nous avons également porté notre étude sur deux différents systèmes bi-phasiques (eau / dodécane) contenant des sels de lanthanides et deux différents ligands non ioniques (ou extractants) : une diamide de type DMDBTDMA et de type DMDOHEMA, ces deux extractants étant connus pour avoir des comportements différents dans un processus d'extraction de cations métalliques en phase organique. Bien que la structure amphiphile des deux diamides soit bien connue, la structure de l'interface liquide / liquide semble être différente de celle que l'on pourrait s'attendre avec des tensioactifs classiques. L'organisation de ces ligands à l'interface est en effet plus complexe, varie en fonction de leurs concentrations dans la phase organique (seules des concentrations inférieures à la concentration d'agrégation critique ont été étudiées) et en fonction de la concentration d'acide et de sel dans la phase aqueuse. Une organisation de type monocouche n'est pas l'organisation principale de ces systèmes à l'équilibre mais on observe plutôt une couche épaisse de ligands.Plus précisément, dans le cas de la DMDBTDMA, cette région plus épaisse (environ trois à quatre fois la longueur du ligand) crée une région interfaciale où les molécules d'huile et d'eau peuvent se mélanger ainsi que les sels. Le système DMDOHEMA, présente une structuration différente avec également une épaisse couche de ligand (environ deux fois la longueur du ligand) mais située plus à l'intérieur de la phase huileuse et distinct de la distribution des sels à l'interface. Ces différentes structures interfaciales de DMDBTDMA et DMDOHEMA peuvent permettre d'expliquer les différents régimes de transfert ionique qualifiés soit de diffusionnel ou de cinétique. / In the frame of the nuclear waste reprocessing and various kinds of critical metals recycling methods, solvent extraction is one of the most used technological processes. The liquid interface between two immiscible fluids is considered as a region where many physical and chemical phenomena take place and can limit or promote the transfer of species between both fluids. The structure of these interfaces has to be known as a function of several thermodynamical parameters to be able to determine the associated energy landscape. X-ray and neutron reflectivity are suitable techniques to probe such kind of fluctuating and buried interfaces at the nanometer scale and at equilibrium. For this study, a new cell has been built and a specific data analysis procedure was established.We have focused our study on two different biphasic systems (water/dodecane) containing lanthanides salts and two different nonionic ligands or extractant molecules: DMDBTDMA and DMDOHEMA diamides. These ligands are known to have different behaviour in the lanthanides extraction process. Although the amphiphilic chemical structure of both diamides is well known, the structure of the liquid/liquid interface appears to be different as those expected for a classical surfactant molecule. This structure looks more complex, varies as a function of the ligand concentration in the organic phase (below the critical aggregation concentration) and as a function of the proton and salt concentration of the aqueous phase. A monolayer organization does not appear as the main interfacial structuration and a thicker organic layer with an excess of salt has to be considered.In the case of the DMDBTDMA, this thicker region (approximatively three or four times the length of the ligand) creates an interfacial region where oil and water molecules as well as some salts can mix in. The DMDOHEMA system shows a different structuration where we can roughly observe also a thick layer of the ligand (approximatively two times the length of the ligand) but located more within the oil phase and forming a barrier to the salt distribution. These different interfacial structures made of DMDBTDMA and DMDOHEMA could allow to explain the diffusive or kinetic regime of ion transfer observed respectively in similar systems by others authors.

Au cours des dernières deux décennies, la modélisation micromécanique a été largement développée afin de relier directement la microstructure réelle d’un matériau à ses propriétés macroscopiques (mécanique, thermique, électrique, etc.). Les lois de plasticité cristalline visent à prédire les comportements locaux et macroscopiques et/ou les changements de la microstructure lors d’un chargement thermomécanique. Cependant, étant donné l’échelle des mécanismes que ces modèles décrivent, les mesures sont difficiles à réaliser et l’identification des paramètres devient délicate. Il est également nécessaire d’utiliser des données expérimentales à l’échelle du grain. L’objectif de l’étude présentée ici est de développer une procédure robuste pour obtenir au moins deux réponses mécaniques locales distinctes d’un matériau à l’échelle du grain.Les champs total et élastique ont été sélectionnés et ensuite mesurés en même temps à chaque niveau de chargement successif lors d’essais de traction avec décharges. Le champ total a été déterminé par Corrélation d’Images Numériques (CIN) et le champ élastique a été calculé à partir de la mesure de Diffraction des Rayons X (DRX). Deux échantillons oligo-cristallins en alliage d’aluminium (5052) ont été utilisés dans cette étude. Le dispositif et méthode expérimental a été développé pour effectuer simultanément la CIN, la DRX et l’essai de traction in-situ dans un diffractomètre à rayons X. En plus des résultats et des analyses, les incertitudes ont également été quantifiées. / Micromechanical modelling was widely developed during the past 20 years as they enable ones to make direct links between the actual microstructure of a material and its macroscopic properties such as mechanical, thermal, electrical, etc. Crystal plasticity models aim at predicting local and macroscopic behaviours and/or changes of the microstructure during thermomechanical loading. However, the parameters of these models are difficult to identify, because the mechanisms they describe are at a small scale and are thus complicated to measure. For this reason, the crystalline model identification requires the use of experimental data at the grain scale. The objective of the study presented here is to develop a robust procedure to obtain at least two distinct local mechanical responses of a material at the grain scale.The total and elastic strain fields have been chosen to be characterised referring to the research interest and the adaptability of experimental methodologies. When samples were subjected to simple tensile loadings and unloadings, strain fields were measured on the sample surface simultaneously at each successive level. Total strain fields were determined by the Digital Image Correlation technique (DIC) while elastic strain fields were calculated from the X-ray diffraction (XRD) measurements. Two oligo-crystalline samples of an aluminium alloy (5052) has been prepared and used in this study. The experimental device and methodology was designed and developped to perform DIC, XRD and tensile tests in-situ in an X-ray diffractometer. The total and elastic strain fields of two samples through in situ tension experiments were obtained. Besides results and analysis, the corresponding uncertainties during each measurement were quantified as well.

Les références actuelles, pour les rayons X de moyenne énergie en radiothérapie, sont établies au LNHB en termes de kerma dans l’air. La dose absorbée dans l’eau, grandeur d’intérêt pour la radiothérapie, est déduite de ces valeurs par transfert conformément aux protocoles internationaux. Ce travail de thèse a permit d’établir les références en termes de dose absorbée dans l’eau dans les conditions de référence des protocoles en utilisant la méthode de calorimétrie dans l’eau. La calorimétrie est la mesure de la dose absorbée à partir de l’élévation de température. Un « calorimètre-eau » a été conçu et réalisé afin d’effectuer des mesures à 2 cm de profondeur : conditions de référence définies par le protocole AIEA TRS-398. Les débits de dose absorbée dans l’eau ainsi déterminés ont été comparés aux valeurs issues de l’application des protocoles fondés sur le kerma dans l’air. Un écart maximum inférieur à 2.1 % a été trouvé par rapport à la calorimétrie. L’incertitude type associée aux valeurs calorimétriques étant inférieure à 0.8 % et celle associée aux valeurs issues des protocoles étant de l’ordre de 3.0 %, les résultats sont compatibles aux incertitudes des méthodes près. Grâce à ces nouvelles références, la détermination de la dose absorbée dans l’eau dans ce type de faisceau pourra désormais être réalisée en appliquant le protocole AIEA TRS-398, conduisant ainsi à une forte réduction des incertitudes (facteur 3 par rapport au protocole AIEA TRS-277). Actuellement, aucun autre laboratoire primaire ne possède un tel instrument permettant l’établissement direct de ces références dans les conditions recommandées par les protocoles. / LNE-LNHB current references for medium energy X-rays are established in terms of air kerma. Absorbed dose to water, which is the quantity of interest for radiotherapy, is obtained by transfer dosimetric techniques following a methodology described in international protocols. The aim of the thesis is to establish standards in terms of absorbed dose to water in the reference protocol conditions by water calorimetry. The basic principle of water calorimetry is to measure the absorbed dose from the rise in temperature of water under irradiation. A calorimeter was developed to perform measurements at a 2 cm depth in water according to IAEA TRS-398 protocol for medium energy x-rays. Absorbed dose rates to water measured by calorimetry were compared to the values established using protocols based on references in terms of air kerma. A difference lower than 2.1% was reported. Standard uncertainty of water calorimetry being 0.8%, the one associated to the values from protocols being around 3.0%, results are consistent considering the uncertainties. Thanks to these new standards, it will be possible to use IAEA TRS-398 protocol to determine absorbed dose to water: a significant reduction of uncertainties is obtained (divided by 3 by comparison with the application of the IAEA TRS-277 protocol). Currently, none of the counterparts’ laboratories own such an instrument allowing direct determination of standards in the reference conditions recommended by the international radiotherapy protocols.