Lorsqu’un avion atterrit, la force principale nécessaire pour arrêter l’avion est obtenue par le freinage. Par une réduction de la vitesse de rotation des roues, les freins provoquent une vitesse de glissement entre les pneus et la piste. C’est cette différence de vitesse qui génère la force de freinage capable de stopper l’avion. La modélisation de cette force est essentielle pour l’estimation de la longueur de piste à l’atterrissage. Les modèles classiques utilisés par les avionneurs sont assez simplistes et dérivent expérimentalement des modèles de frictions les plus simples. De sorte que ces modèles sont dans l’incapacité d’estimer l’influence de paramètres clefs influençant la force de freinage. Il s’agit, en particulier de la pression des pneus, de la nature de la gomme, de la température ambiante et de celle de la gomme, de l’état de la piste, de sa texture, etc. L’objectif de la thèse a été de développer un modèle de contact pneu-piste capable d’estimer la force de freinage. C’est le « Brush Model » qui a servi de base à cette modélisation. En phase de freinage la zone de contact est constituée d’une première zone de déformation de la gomme qui crée une force résistante en suivant la loi de Hooke, puis d’une seconde zone de glissement dont la force de résistance suit la loi de Coulomb. Ce modèle a été amélioré grâce aux résultats de la mécanique des structures pour la loi de Hooke et grâce aux résultats de la tribologie pour la loi de Coulomb. Ces deux modélisations faisant appel aux données issues de la science des matériaux. L’ensemble de ces modélisations a été enrichi par une coopération avec plusieurs centres de recherches ayant fourni de nombreux résultats expérimentaux. Le modèle obtenu a ensuite été confronté avec des résultats d’essais en vol obtenus avec « Airbus Operations S.A.S ». La thèse a validé le prétraitement des données d’essais ainsi que le processus d’identification qui a permis de montrer l’accord du modèle avec les résultats expérimentaux obtenus lors des essais en vol. Cette modélisation donne des résultats très encourageants, elle permet une compréhension beaucoup plus approfondie des effets de l’environnement sur les forces de freinage. De sorte que cette thèse a permis d’améliorer très sensiblement la compréhension fondamentale des phénomènes en jeu lors du freinage, au contact entre le pneu et la piste. Chez Airbus, les résultats obtenus vont servir de base pour les travaux à venir sur ce thème. / As an aircraft lands on a runway, the principal force acting to stop the aircraft within the confines of the runway is generated by the brakes. The brakes cause the tire’s rotational speed to slow down with regards to the aircraft’s speed over the ground. This difference in speed causes friction and it is this friction that is the principal force to stop the aircraft. In order to be able to estimate the stopping distance of an aircraft an understanding of this friction is essential. Traditionally, aircraft manufactures have relied on simplistic, empirically derived friction models. However, these empirical models cannot estimate the influence of several key factors that are known (scientifically) to affect friction such as the rubber temperature, the runway texture, the ambient air temperature and the rubber composition to name a few. This PhD work aims to develop a frictional model that can be used to estimate the friction developed between an aircraft tire and the runway. A model commonly known as the Brush Model, is derived for usewith aircraft tires and runways. The underlying physics of this model are developed using the established scientific theories of tribology, material science and strength of materials. Coordination with several research institutes provides experimental results to reinforce the model. The model is then compared with flight test results obtained from a partnership with Airbus OperationsS.A.S. The PhD works demonstrates the entire validation process from flight test data cleaning, the derivation of a curve-fitting algorithm and the matching of derived model with the flight test data. The modeling has shown very encouraging results. It allows for a much deeper understanding of the environmental effects on friction. This PhD work has greatly improved the fundamental understanding of friction and will serve as a base for future works with Airbus.

Doctor of Philosophy / Department of Physics / Bruce M. Law / Three diverse first author surfaces science experiments conducted by Sean P. McBride 1-3 will be discussed in detail and supplemented by secondary co-author projects by Sean P. McBride, 4-7 all of which rely heavily on the use of an atomic force microscope (AFM). First, the slip length parameter, b of liquids is investigated using colloidal probe AFM. The slip length describes how easily a fluid flows over an interface. The slip length, with its exact origin unknown and dependencies not overwhelming decided upon by the scientific community, remains a controversial topic. Colloidal probe AFM uses a spherical probe attached to a standard AFM imaging tip driven through a liquid. With the force on this colloidal AFM probe known, and using the simplest homologous series of test liquids, many of the suspected causes and dependencies of the slip length demonstrated in the literature can be suppressed or eliminated. This leaves the measurable trends in the slip length attributed only to the systematically varying physical properties of the different liquids. When conducting these experiments, it was realized that the spring constant, k, of the system depends upon the cantilever geometry of the experiment and therefore should be measured in-situ. This means that the k calibration needs to be performed in the same viscous liquid in which the slip experiments are performed. Current in-situ calibrations in viscous fluids are very limited, thus a new in-situ k calibration method was developed for use in viscous fluids. This new method is based upon the residuals, namely, the difference between experimental force-distance data and Vinogradova slip theory. Next, the AFM’s ability to acquire accurate sub nanometer height profiles of structures on interfaces was used to develop a novel experimental technique to measure the line tension parameter, τ, of isolated nanoparticles at the three phase interface in a solid-liquid-vapor system. The τ parameter is a result of excess energy caused by the imbalance of the complex intermolecular forces experienced at the three phase contact line. Many differences in the sign and magnitude of the τ parameter exist in the current literature, resulting in τ being a controversial topic.

Ce travail de thèse, constitué de deux parties apparemment très différentes, a pour objectif commun de modéliser et simuler certaines interfaces non classiques en mécanique des fluides et en mécanique des solides. Dans la première partie qu'est la partie principale du travail, l'écoulement de Stokes d'un fluide dans un canal encadré par deux parois solides parallèles est étudié. La surface d'une paroi étant supposée lisse, la condition d'adhérence parfaite classique est adoptée pour l'interface fluide-solide homogène correspondante. La surface de l'autre paroi étant supposée rugueuse et capable de piéger de petites poches d'air, l'interface liquide-solide correspondante est donc hétérogène. La première partie de ce travail consiste à homogénéiser l'interface liquide-solide hétérogène de façon à remplacer cette dernière par une interface fluide-solide homogène imparfaite caractérisée par une longueur de glissement effective. Le problème essentiel de déterminer la longueur de glissement effective est résolu par le développement : (i) d'une approche semi-analytique dans le cas où la surface rugueuse est périodique; (ii) d'une approche basée sur la méthode de solution fondamentale dans le cas où la surface rugueuse est aléatoire. Les résultats obtenus par les approches développées sont systématiquement comparés avec ceux délivrés par la méthode des éléments finis. La deuxième partie du travail est de déterminer les modules élastiques effectifs d'un composite fibreux dans lequel les interfaces entre la matrice et les fibres sont imparfaites et décrites par le modèle membranaire. Une méthode numérique efficace basée sur la transformée de Fourier est ainsi développée et implantée pour traiter le cas général où la section d'une fibre peut avoir une forme quelconque / The present work, consisting of two seemingly very different parties, aims at modeling and simulating some non-classical interfaces in fluid mechanics and solid mechanics. In the first part which is the main part of the work, the Stokes flow of a fluid in a channel bounded by two parallel solid walls is studied. The surface of a solid wall being assumed to be smooth, the classic perfect adherence condition is adopted for the corresponding homogeneous fluid-solid interface. The surface of the other wall being taken to be rough and capable of trapping small pockets of air, the corresponding liquid-solid interface is heterogeneous. The first part of this work is to homogenize the heterogeneous liquid-solid interface so as to replace it by an imperfect homogeneous fluid-solid interface characterized by an effective slip length. The essential underlying problem of determining the effective slip length is achieved by developing: (i) a semi-analytical approach when the rough surface is periodic; (ii) an approach based on the fundamental solution method when the surface is randomly rough. The results obtained by the developed approaches are systematically compared with those issued from the finite element method. The second part of the work is to determine the effective elastic moduli of a fiber composite in which the interfaces between the matrix and fibers are imperfect and described by the membrane model. An efficient numerical method based on the fast Fourier transform is developed and implemented to treat the general case where the section of a fiber can be of any shape

Certaines applications industrielles nécessitent des niveaux d’étanchéité exceptionnels pour permettre la réalisation d’un vide poussé ou pour répondre à des enjeux de sécurité radiologique par exemple. Ces niveaux de haute étanchéité statique sur des assemblages démontables sont obtenus à l’aide de joints entièrement métalliques. La fuite résultante de l’assemblage n’est due qu’à la persistance d’un champ des ouvertures à l’interface entre le joint d’étanchéité et la bride d’assemblage, conséquence d’un contact imparfait entre les deux surfaces rugueuses. Le champ des ouvertures à l’interface de contact est assimilable à une fracture rugueuse hétérogène, de nature multi-échelle, et peut en principe être obtenu par un calcul de déformations mécaniques préalable. Dans ce travail, on s’intéressera plus particulièrement à l’écoulement gazeux raréfié dans le régime glissant au sein de cette fracture. Pour les régimes modérément raréfiés,l’écoulement est modélisé par l’équation de Reynolds faiblement compressible avec correction de glissement de premier ordre aux parois que l’on développe. On effectue ensuite un changement d’échelle par la méthode de la prise de moyenne volumique, permettant d’établir un modèle macroscopique d’écoulement à l’échelle d’un élément représentatif, où le débit massique est relié au gradient de pression via le tenseur de transmissivité. Celui-ci, caractéristique de l’élément représentatif de fracture, est calculé par résolution d’un problème de fermeture et est dépendant de la microstructure ainsi que du libre parcours moyen représentatif sur l’élément. Pour remonter à l’écoulement dans l’ensemble de la fracture, hétérogène à cette échelle, celle-ci est subdiviséeen pavés sur chacun desquels est calculé un tenseur de transmissivité local par la méthode sus-citée. Ensuite, l’écoulement dans ce champ de tenseurs est résolu par une méthode des éléments finis de frontière, donnant la transmissivité apparente glissante du joint dans son ensemble. Cette approche à deux échelles, vue comme outil d’aide à la conception, permet une réduction de la complexité de calcul par rapport à une simulation directe, rendant possible une analyse plus efficace du comportement d’un système d’étanchéité. Pour valider l’utilisation du modèle de glissement d’un point de vue macroscopique et s’affranchir des incertitudes sur le calcul de déformation mécanique, des puces nanofluidiques de type réseau hétérogène de canaux droits sont fabriquées par photolithographie par niveaux de gris. Des essais expérimentaux de mesure de fuite sont réalisés sur ces géométries modèles, représentant des joints idéalisés. Ces essais sont effectués en appliquant une forte différence de pression d’hélium par utilisation d’un spectromètre de masse mesurant la fuite, produisant une condition de vide en sortie de puce.Selon les puces, les régimes de raréfaction atteints vont alors du régime glissant au régime moléculaire. Le débit de fuite mesuré est alors supérieur à celui prédit par le modèle de premier ordre, l’écart restant inférieur à un ordre de grandeur quel que soit le régime / Some industrial applications require exceptional sealing levels to maintain ultra-high vacuumconditions or for radiological safety concerns for example. Such high performance static sealingconditions on mechanical assemblies are reached using entirely metallic gaskets. The resultingleak-rate is only due to the persistence of an aperture field at the seal-flange interface,consequence of a non-ideal contact between the two rough surfaces. This aperture field can beviewed as a rough and heterogeneous fracture, of multi-scale nature, and can be obtained by aprior contact mechanics computation. In this work, we are interested on the rarefied flow of a gasin this fracture, drawing our attention to the slip regime. For such moderately rarefied regime, theflow is described by the slightly compressible Reynolds equation with a first-order slip-flowcorrection at the walls, which we develop. Using the method of volume averaging, an upscalingprocedure is performed to derive the macroscopic flow model at the scale of a representativeelement, and where the mass flow rate is related to the pressure gradient by the transmissivitytensor. This latter is characteristic of the representative fracture element and is obtained by solvingan auxiliary closure problem which depends on the micro-structure as well as the representativemean free path on the element. To compute the flow in the whole fracture, heterogeneous at thisscale, it is subdivided in tiles on which a transmissivity tensor is locally computed by theaforementioned method. Then, the flow problem in this tensor field is solved using a boundaryelement method, leading to the apparent slip-corrected transmissivity of the entire aperture field.This two-scale approach is a conception tool which reduces the overall complexity with respect toa direct numerical simulation, allowing a more efficient analysis of the behavior of a sealingassembly. To validate the use of slip models at the macroscopic level and to eliminate theuncertainties of the contact mechanics computation, nanofluidic chips composed ofheterogeneous network of straight channels are fabricated using a grayscale photolithographytechnique. Experimental measurements of the leak-rate are performed on these idealizedgeometries that mimic a seal assembly. They are realized by applying a strong helium pressuredifference on the chip using a mass spectrometer to measure the leak, which produces a nearvacuum condition at the outlet. Depending of the chip, the rarefaction regime ranges from slip tofree-molecular. The measured leak-rate is greater than predicted by the first order model, thoughbeing of the same order of magnitude whatever the regime

Este trabalho aborda o estudo da aderência aço-concreto em pilares mistos preenchidos através de revisão bibliográfica e de investigação experimental. De modo esquemático, a aderência é dividida em três parcelas: adesão, aderência mecânica e atrito, que em conjunto compõem a aderência natural. Adicionalmente, podem ser empregados conectores de cisalhamento, que são dispositivos mecânicos fixados nas superfícies internas dos tubos, como meio de ampliar a resistência ao escorregamento. Foram realizados ensaios do tipo pushout em alguns tipos de modelos de pilar preenchido: modelos simples, com adição de conectores tipo pino com cabeça, com cantoneiras na interface aço-concreto e semelhantes aos anteriores mais elementos de ligação. Com os resultados obtidos traçaram-se comportamentos força x escorregamento do concreto, força x deformações axiais nos materiais e curvas de distribuição de força ao longo do comprimento dos modelos. Concluiu-se que conectores tipo pino com cabeça e cantoneiras são uma excelente alternativa como dispositivos auxiliares na transferência de tensões de cisalhamento na interface aço-concreto. Entretanto, é necessário garantir resistência à ligação para que esses mecanismos sejam mobilizados / This research presents a study of influence of bond on concrete-filled steel tubes by means of a bibliography review and an experimental investigation. The bond strength counts on three mechanisms: adhesion of the concrete to the steel surface, friction and wedging of the concrete core. In order to improve the shear resistance of the steel-concrete interface, shear connectors can be used. A series of push-out tests of rectangular concrete-filled steel tubes was conducted in the specimens without mechanical shear connectors, specimens with stud bolt shear connectors and specimens with angles. They were also tested the corresponding beam-column connections. The results are shown in curves force x slip of concrete, force x axial strain of materials and distribution of axial load to the steel and to the concrete. The results of the tests permitted identify the mechanisms of natural bond and indicated that the stud bolts and the angles are excellent alternatives as auxiliary mechanisms to transfer shear between the concrete and steel in the concrete filled composite column. However, it is necessary to guarantee the connection enough strength in order to permit these resistance be developed

Syftet med denna uppsats är att bidra till en bättre förståelse för LBG:s förutsättningar inom sjöfarten genom att kartlägga vilka möjligheter och hinder som finns för att använda LBG som bränsle i Östersjöområdet. Studien består av en analytisk kartläggning som baseras i en litteraturstudie och kompletteras av en intervjustudie med branschaktörer.  Uppsatsen använder en kombinerad PESTLE/SWOT-metodik, där en kartläggning har utförts med hjälp av en PESTLE-analys för att identifiera områden och faktorer. Faktorerna har därefter analyserats genom en SWOT-analys för att svara på rapportens formulerade huvudfrågeställning. Resultatet visar att potentialen för LBG inom sjöfartsbranschen är stor, särskilt då den huvudsakliga infrastrukturen för bränslet finns på plats med anledning av LNG:s framväxt i Östersjöområdet. Den volymmässiga avsättningspotentialen för bränslen är också stor inom sjöfarten, och LBG har unika styrkor jämfört med LNG och i sjöfarten redan etablerade bränslen. LBG:s styrkor ligger i linje med de målsättningar som finns kring omställning till förnybara bränslen i transportsektorn, samt de strategier och mål som finns om att reducera koldioxidutsläpp på global och europeisk nivå. Intervjuade rederier menar att de ser utvecklingen mot LBG som ett naturligt steg för sin LNG-drivna flotta och att testverksamhet pågår med inblandning av LBG i LNG-drivna fartyg. Tre faktorer identifierades som särskilda viktiga för utvecklingen mot LBG i sjöfartsbranschen i Östersjön. En av dessa berör produktionskapaciteten av LBG, där sjöfartsbranschens stora energibehov medför att endast en begränsad inblandning av LBG är möjlig i dagsläget. Ett annat identifierat fokusområde består i LBG-kostnad för sjöfarten, där den hårda konkurrenssituationen inom branschen negativt påverkar rederiers möjligheter att bekosta inblandning av LBG. Förutsättningarna påverkas också av att fartygsbränslen för kommersiell sjöfart är skattefria och att andra potentiella branscher för LBG medger möjlighet till skattemässiga subventioner. I uppsatsen skissas det på förslag för hur man kan avhjälpa dessa hinder och bättre utnyttja LBG:s styrkor som fartygsbränsle i Östersjöområdet. / The purpose of this paper is to contribute to a better understanding of LBG's conditions in the shipping sector by mapping out the opportunities and barriers of using LBG as fuel in the Baltic Sea area. The paper consists of a literature study that is supplemented by an interview study with industry players. The thesis uses a combined PESTLE / SWOT methodology, where a survey has been performed using a PESTLE analysis to identify areas and specific factors. The factors were then analyzed through a SWOT analysis to answer the main issue proposed by the author. The results show that there is considerable potential for LBG in the shipping industry, especially as the entire fuel infrastructure is in place due to LNG's continuous growth in the Baltic Sea area. LBG has unique strengths compared to both LNG and fuels that are already established in the maritime industry. LBG's strengths are in line with the aims of increasing renewable fuels in the transport sector, as well as the strategies and targets that exist to reduce carbon dioxide emissions at a global and European level. Interviewed shipping companies see the development towards LBG as a natural step for their LNG-operated fleet, and that testing is ongoing with mixing LBG in some LNG-fueled vessels. Three factors were identified as particularly important for the development of LBG in the Baltic Sea. One of these concerns the production capacity of LBG, where the large energy needs of the shipping industry mean that only a limited use of LBG is possible at present. Another identified focus area is costs in relation to LBG, where the tough competitive situation in the shipping industry negatively impacts shipping companies' ability to afford a more expensive fuel like LBG. The prerequisites are also affected by the fact that ship fuels for commercial shipping are tax-free and that other potential sectors for LBG allow for tax subsidies. The thesis outlines proposals for how to overcome these obstacles and make better use of LBG's strengths as a fuel for shipping in the Baltic Sea area.

L'objet de notre travail porte sur les mots-valises. En effet, les résultats des études de la sémantique et de la lexicologie structurales ont démontré qu'il n'y a de signe qui ne soit dérivé d'un autre signe et donc de création lexicale qui ne soit le rappel de structures déjà existantes. Au cœur de la réflexion sur la motivation du signe, le mot-valise représente le mot saisi dans sa totalité et dans sa segmentalité. Pour comprendre la technique d'agencement qui aboutit à la formation des mots, Alain Finkielkraut explique qu'il faut transgresser la linéarisation du signe en récitant à l'envers sa leçon de parole. Le mot-valise prend au sérieux cette hypothèse car en réalité les mots contenus dans le dictionnaire ne sont que des morceaux errants d'un lexique inconnu. Désormais, le mot n'est plus un groupe de son correspondant à un sens, un véhicule passif porteur d'un signifié comme l'enseignent les dictionnaires et la vieille grammaire. C'est pourquoi, Freud et Saussure on bien chacun démontré par une voie qui lui est propre, qu'à travers le mécanisme du lapsus, le sens peut aussi s'appréhender par métanalyse pour l'un, et par dérivation anagrammatique pour l'autre. Ainsi, quelque soit le procédé, le mécanisme analogique reste toujours le même qui assure la fusion du son et du sens. Pour terminer, l'objet de cette thèse sera d'explorer dans le cadre d'une étude sémiologique, les mécanismes à l'œuvre dans la formation des mots-valises ainsi que les effets de sens et de style suscités par ce type de création. / The focus of our work is on “portmanteau words”. Indeed, results of studies of semantics and structural lexicology have shown that there is no sign that is not derived from another sign and therefore of lexical creation which is not a reminder of already existing structures. At the heart of reflection on the motivation of the sign, a portmanteau word represents the sign grasped in its totality and its segmentality. To understand the technique of the arrangement that leads to the formation of words, Alain Finkielkraut, argues that it is paramount to transgress the linearity of the sign by reciting one’s speech lesson backwards. The portmanteau word considers this assumption seriously considering that in reality words contained in the dictionary constitute stray pieces of an unknown lexicon. Henceforth, a word is no longer a group of different sounds corresponding to a meaning, a passive vehicle carrying a signification as taught by the old grammar dictionary. This is why Freud and Saussure have clearly demonstrated in a peculiar way, that through the mechanism of the slip, the meaning of a word can also be understood by metanalysis for one, and by anagrammatic derivation for the other. Thus, whatever the process, the analog mechanism remains the same, ensuring the fusion of sound and meaning. Finally, the purpose of this thesis will be to explore, in the context of a semiological study, the mechanisms at work in the formation of portmanteau words as well as the effects of meaning and generated style by this type of creation.

La perméabilité est l'un de paramètres importants pour tous les procédés faisant intervenir des transferts couplés de chaleur et de masse. Sa valeur est directement liée à la morphologie du réseau de pores, clairement double échelle dans le cas du bois. Il existe plusieurs outils d’investigation 3-D par exemple la micro-tomographie voire nano-tomographie pour décrire la morphologie des pores. Néanmoins, ces investigations 3-D échouent pour les plus petits pores dans le bois, qui peuvent avoir une taille largement inférieure au micromètre. Ce travail de thèse utilise l'effet du libre parcours moyen du gaz sur la perméabilité apparente pour identifier la taille des pores utilisés par le cheminement du fluide.Une approche équilibrée entre expérimentation et modélisation est proposée. Dans la première partie du travail, nous avons développé un dispositif original destiné à mesurer la perméabilité apparente sur une large plage de niveau de pression moyenne. Ce dispositif ne comporte pas de débitmètre : le flux massique est simplement obtenu par la relaxation de la différence de pression entre deux réservoirs de volume connu.Ce dispositif a permis de mesurer la perméabilité apparente en fonction de la pression moyenne pour différents matériaux. Les valeurs obtenues de perméabilité intrinsèque sont en bon accord avec les publications précédentes.L'effet de la pression moyenne sur la perméabilité apparente a été analysé pour identifier des paramètres structuraux des milieux poreux. Partant d'un agencement série/parallèle de pores, les paramètres structuraux sont identifiés par méthode inverse en tirant profit du changement de régime d’écoulement avec le nombre de Knudsen (du régime de Darcy vers le régime de glissement moléculaire lorsque le nombre de Knudsen passe de zéro à l’infini).Cette approche a été validée avec des membranes à pore monodisperse grâce à une observation en microscopie électronique à balayage. Les paramètres ont ensuite été identifiés sur des échantillons de bois, selon différentes directions et sur des matériaux à base de bois. Ils confirment certaines données de la littérature, et apportent un éclairage nouveau, notamment sur les chemins de migration transverse chez le hêtre. / Permeability is one of the important parameters for all processes involving coupled heat and mass transfer. Its value is directly related to the morphology of the pore network, clearly a dual scale organisation in the case of wood. Nowadays, several 3D investigative tools exist, such as micro-tomography or nano-tomography. However, these 3-D investigations fail for the smallest pores active in fluid flow in wood, due to their submicron size. The present work takes advantage of the effect of the mean free path on the apparent gaseous permeability to identify the pore size of the pore network.A balanced approach between experimentation and modelling is proposed. In the first part of the work we have developed an original device for measuring the apparent permeability over a wide range of average pressure. This device was conceived to work without flowmeter: the mass flow is obtained by the relaxation of the pressure difference between two tanks. This device was used to measure the apparent permeability as a function of the average pressure for different materials.The intrinsic permeability values obtained are in good agreement with literature data.The effect of the average pressure on the apparent permeability was analysed to identify structural parameters of the porous media. Starting from a serial / parallel arrangement, the structural parameters are identified by inverse method taking advantage of the dependence of the flow regime with Knudsen's number (from Darcy's regime to pure molecular slip regime when Knudsen's number shifts from zero to infinity).This approach was validated with a monodisperse membrane, whose pore size was determined using a scanning electron microscopy. Structural parameters were then identified on wood samples, measured along different directions and on wood-based materials. They confirm literature data and bring new outcomes, namely regarding the fluid pathway in beech in radial and tangential directions.

Orientador: Rubens Nisie Tango / Banca: Alexandre Luíz Souto Borges / Banca: Sebastião Ribeiro / Resumo: O objetivo deste estudo foi desenvolver um novo formato de pilar protético estético em zircônia (3Y-TZP) visando suprimir a utilização do parafuso trespassante utilizado no formato convencional de pilares protéticos em zircônia. Inicialmente foi feita a caracterização do material utilizado na técnica de colagem de barbotina (slip casting) através da confecção de uma barra que teve suas propriedades mecânicas, módulo de elasticidade (E) e coeficiente de Poisson (), grau de contração e dimensão de suas partículas após sinterização avaliados pelos métodos de frequências naturais de vibração e microscopia eletrônica de varredura (MEV), respectivamente. Previamente à confecção do pilar protótipo, este teve seu comportamento mecânico avaliado e comparado a um pilar de 3YTZP convencional com parafuso trespassante pela análise por elementos finitos (FEA) durante sua instalação em implante e recebendo carga oblíqua simulando força de mastigação (210,5 N). O protótipo foi confeccionado pela técnica de colagem de barbotina em um molde de gesso obtido a partir de uma duplicata ampliada em cera. A densidade final foi avaliada pelo método de Archimedes em água. Obteve-se o módulo de elasticidade de 187,97 ± 4,84 GPa e coeficiente de Poisson de 0,19 ± 0,04 para o material. O grau de contração de sinterização foi de 58 vol% e o tamanho do grão foi de 0,705 ± 0,424 μm. Na análise por FEA verificou-se concentrações de tensões na região inicial da rosca para ambos os pilares, e durante o carregamento foram observadas tensões de tração no lado em que incidiu a carga, com presença de tensões de compressão no lado oposto. Ainda, observou-se durante o carregamento do pilar protético convencional concentração de tensão na região do pescoço do parafuso trespassante. A densidade final obtida para o pilar protótipo em 3Y-TZP foi de 95,68% em ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The purpose of this study was to develop a new esthetic zirconia (3YYTZP) implant abutment shape to suppress the use of the fixing screw commonly used by the conventional zirconia abutments. A material characterization, Young's modulus (E), Poisson's rate (), shrinkage and particles dimensions after sintering was performed for a bar shape specimen obtained by slip casting evaluated by the natural torsional and flexural vibration frequencies and scanning electron microscope (SEM), respectively. Previously to the prototype abutment confection, its mechanical behavior was evaluated and compared to a conventional zirconia abutment with a fixing screw by finite element analisys (FEA) simulating the abutment installation and oblique loading (210.5 N). The prototype was confectioned by the slip casting technique using a gypsum mould obtained from a wax expanded replica. The abutment had its density measured by Archimedes' method. Through the natural vibration frequencies a Young's modulus of 187.97 ± 4.84 GPa and a Poisson's rate of 0.19 ± 0.04 were obtained for the material. The shrinkage was 58 vol% and the grain size was 0,705 ± 0,424 μm . The FEA showed stress concentration at the first thread pitch for both abutments, and tensile stress concentration were observed at the side that received the oblique load with compressive stress at the opposite side. Whereas, for the conventional abutment model a stress concentration was observed at the screw's stem. The final density for the zirconia prototype abutment was 95.68% from the theoretical density (6.12 g.cm-3). The zirconia abutment obtained by slip casting presented satisfactory physical properties. The suppressing of the fixing screw could provide better performance to the abutment due to the lack of stress concentration in the screw when an oblique load is applied, when evaluated by FEA / Mestre

Cette thèse étudie les instabilités dynamiques des milieux granulaires modèles saturés à l’aide d’un appareil triaxial classique. Les instabilités englobent la liquéfaction et les effondrements en compression isotrope drainée, les frottements saccadés en compression triaxiale drainée. Ces instabilités apparaissent spontanément à des contraintes effectives de confinement imprévisibles. Elles sont accompagnées de très rapides et très fortes surpressions interstitielles, malgré un drainage approprié; ce que ne présentent pas les milieux granulaires naturels. En compression isotrope drainée (consolidation), des effondrements locaux naissent instantanément. En compression triaxiale drainée, on observe de larges frottements saccadés quasi-périodiques caractérisés par des déformations volumiques et axiales contractantes. De temps en temps, ces effondrements et frottements saccadés locaux peuvent se développer en liquéfaction menant à une destruction complète de la structure granulaire. Les données à haute résolution temporelle issues de ce travail ont permis la découverte d’une nouvelle famille de liquéfaction dynamique et statique. L’étude des émissions acoustiques passives a permis l’identification de signature spectrale caractéristique. Pour les frottements saccadés, la phase de glissement peut être interprétée comme une consolidation dynamique, limitée par l’unique surface en dessous de la ligne critique de rupture dans le plan des contraintes effectives. La séquence temporelle précise des événements exclut que la pression interstitielle soit la cause principale des instabilités. Cependant, le rôle important de la surpression interstitielle est démontré dans des relations quantitatives entre les incréments de contraintes, et de déformations et l’éphémère surpression interstitielle stabilisée développée pendant la phase de glissement. Cela montre finalement la nature quasi-déterministique de ces instabilités dynamiques. Ces relations empiriques sont basées uniquement sur l’amplitude maximale de l’accélération verticale de très courte durée et sont gouvernées indépendamment par la pression de confinement et par l’indice des vides. La similarité de la surpression interstitielle entre différentes instabilités suggère fortement quelques mécanismes similaires de déclenchement, probablement à partir de ré-arrangements de la micro-structure granulaire. / This thesis reports a laboratory study on the dynamic instabilities of model saturated granular material using a triaxial apparatus. The term instability consists of isotropic collapse and liquefaction under isotropic compression and of stick-slip under triaxial compression in drained condition. The instabilities spontaneously occur at unpredictable effective stress with unexpected buildup of excess pore pressure irrespective of fully drained condition, contrasting with the instability-free behaviour of natural granular materials. In isotropic compression, instantaneous local collapse happens and in triaxial compression, very large and quasi-periodic stick-slip occurs with sudden volumetric compaction and axial contraction. Sometimes, these local failures (collapse and stick-slip) can develop into total liquefaction failure, destroying completely the granular structure. High time-resolved data permit the discovery of a new family of dynamic and static liquefaction. Passive acoustic measurements allow the identification of typical spectral signature. For stick-slip phenomenon, the slip phase with constant duration of stress drop can be interpreted as dynamic consolidation at constant deviatoric stress, limited by a unique boundary inside the critical state line in the effective stress plane. The precise temporal sequence of mechanical measurements excludes the generated pore pressure as the main cause of the instabilities. However, the role of pore pressure is emphasised by consistent quantitative relations between the amplitude of incremental stresses, incremental strains and the ephemeral stabilised excess pore pressure developed during the dynamic event, leading to the quasi-deterministic nature of granular instabilities. These empirical relations are based only on the short-lived maximum vertical acceleration and governed separately by the confining pressure and the initial void ratio. The similarity of pore pressure evolution for different kinds of instability strongly suggests some common speculative triggering mechanisms, probably originated from different rearrangements of the granular micro-structure.