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81e Congrès de l'ACFAS

Outils d'évaluation de l'endommagement des bétons atteints de RAG

Auteur : Leandro Sanchez
Colloque    203 - Fabrication et construction

La réaction alcalis-granulats (RAG) fait partie des principaux processus
affectant la durabilité des infrastructures en béton à travers le monde.
Aujourd'hui, la majorité des experts s’entendent pour dire qu'il y a assez
d'approches existantes qui permettent de contrôler efficacement les risques de
RAG dans de nouveaux ouvrages. Toutefois, l n’y a présentement pas de consensus
quant aux méthodes permettant de traiter efficacement un élément structural de
béton affecté. Pour cette raison, de nombreux ingénieurs/chercheurs tentent
actuellement de développer des outils permettant de déterminer l’état actuel et
le potentiel d’expansion/ détérioration future de ces bétons. Dans ce contexte,
Bérubé et coll. (2005) ont développé un outil global de gestion de structures
affectées par la RAG basé sur une série d’essais de laboratoire (surtout le
Stiffness Damage Test (SDT) et le Damage Rating Index (DRI)). Quoique
prometteurs, ces essais possèdent encore plusieurs paramètres dont l’impact
n’est pas encore bien compris, ce qui réduit l’applicabilité de l’outil en
question à une vaste gamme de bétons (e.g. différentes formulations, variétés
de granulats, etc.). Ce projet présente une évaluation critique des différents
paramètres des deux principaux essais proposés par Bérubé et coll. (2005). Les
résultats montrent que les deux essais possèdent du potentiel pour bien caractériser
l’endommagement des bétons atteints de RAG.

81e Congrès de l'ACFAS

La stabilité des protéines ou des complexes protéines/pectine en milieu acide : effet de l'homogénéisation et de l'ajout de fibres solubles

Auteur : Thi Ngoc Dung Vo
Colloque    203 - Fabrication et construction

Les breuvages est un véhicule de choix pour offrir des ingrédients et bioactifs au consommateur. Le développement des breuvages fonctionnels enrichis en protéines et en fibres constitue un défi technologique dû à la précipitation des protéines en milieu acide après chauffage. La stabilité des protéines peut être améliorée par la formation de complexes avec la pectine et/ou l’utilisation d’un traitement d’homogénéisation pour réduire la taille des agrégats. L’objectif était d’étudier l’effet de l’homogénéisation sur la stabilité des protéines ou de complexes protéines/pectine en présence/absence de fibres. La stabilité a été évaluée par observation visuelle. La taille, la charge des particules et la viscosité des solutions ont été mesurées. L’ajout de fibres solubles a augmenté la proportion de précipité pour les systèmes de protéines seules, et n’a pas modifié la stabilité des protéines en présence de pectine. L’ajout de pectine n’a pas permis de stabiliser les protéines, les complexes obtenus avaient une faible charge et une taille élevée que l’homogénéisation n’a pas pu réduire. L’homogénéisation effectuée après le traitement thermique a augmenté la stabilité des protéines seules grâce à une diminution de la taille des particules. L’homogénéisation effectuée avant le traitement thermique n’a pas eu d’effet. L’homogénéisation est un traitement qui pourrait permettre la stabilisation des breuvages enrichis, mais qui nécessite une adaptation au procédé habituel.?

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81e Congrès de l'ACFAS

Évaluation du comportement en durabilité de nouvelles matrices cimentaires pour l’obtention de bétons respectueux de l’environnement

Auteur : Charles Lafrenière
Colloque    203 - Fabrication et construction

Après l’eau, le béton est la substance la plus utilisée sur Terre. Environ un 1 m3/habitants de béton est produit à chaque année à l’échelle planétaire. Toutefois, une empreinte environnementale négative est liée à son utilisation. La synthèse du ciment Portland, le liant le plus fréquemment utilisé dans sa fabrication, requière beaucoup d’énergie et génère de grandes quantités de CO2. À elle seule, l’industrie du ciment est responsable d’environ 7% des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Dans un contexte de développement durable, la recherche de nouveaux liants plus respectueux de l’environnement s’impose. Les « géopolymères » s’avèrent une solution de plus en plus intéressante à travers le monde. Ces matériaux se distinguent par une réduction des émissions de CO2, de la demande en énergie et la valorisation des résidus industriels. L’objectif de ce projet de maîtrise se divise en deux volets. Le premier consiste au développement des géopolymères par des essais de performance et de durabilité face à la réaction alcali-granulat. Le deuxième volet comprend l’évaluation de l’efficacité des ajouts cimentaires riches en alcalis pour contrecarrer la réaction alcali-silice, et ce dans des systèmes binaires (ciment + ajouts). Ce projet vise une meilleure compréhension du comportement de nouveaux matériaux agissant comme substituants du ciment Portland et ainsi comprendre les différents effets (positifs/négatifs) pour contrer la détérioration progressive du béton.

81e Congrès de l'ACFAS

Étude de la réparation et du traitement de structures affectées par l’alcali-réaction

Auteur : Mathieu Turcotte-Robitaille
Colloque    203 - Fabrication et construction

L’Amérique du Nord est confrontée à un problème d’envergure : la détérioration des ouvrages en béton. Elle résulte de divers phénomènes tels que la corrosion des armatures, les effets du gel-dégel et l’alcali-réaction. Ce dernier engendre le gonflement, la fissuration et réduit la durée de vie du béton affecté. Elle conduit également à des problèmes de gestion, d’entretien et de réhabilitation, à la fois d’un point de vue technique et financier. Il est alors nécessaire d’appréhender ce problème, non seulement en optimisant la conception de nouvelles infrastructures en béton, mais aussi en améliorant l’entretien et la sécurité des ouvrages déjà existants. L’objectif de ce projet de maitrise est de faire le point sur l’efficacité des mesures d’atténuation de l’endommagement du béton affecté par l’alcali-réaction, en poursuivant la maintenance de travaux de traitement entrepris sur des structures dégradées canadiennes et américaines, tout en faisant un post mortem sur les traitements apportés sur certains éléments de béton affectés de RAG par le passé. Le schéma en pièce jointe illustre la méthodologie élaborée afin de rencontrer l’objectif global du projet. À l’échéance du travail de recherche, les informations issues de la littérature, les observations de terrain et les résultats obtenus en laboratoire seront compilés et analysés afin d’émettre des recommandations sur les meilleures approches de réfection des structures atteintes par la RAS.

81e Congrès de l'ACFAS

Mécanisme de gélification des mélanges β-lactoglobuline/xanthane en conditions associatives

Auteur : Xuan Thang LE
Colloque    203 - Fabrication et construction

Les nouveaux gels protéines/polysaccharides formés aux faibles concentrations dues à l’interaction électrostatique entre ces deux types biopolymères présentent beaucoup d'intérêt car ces gels sont obtenus en conditions non dénaturantes. Une bonne compréhension du mécanisme de formation de ces gels est nécessaire pour  développer de nouveaux produits alimentaires avec la structure et la texture désirées. Cette étude visait à  comprendre le rôle du xanthane et de la ?-lactoglobuline dans la structuration des gels, suivre la cinétique de structuration des gels dans les différentes conditions de ratio, de concentration. Quatre ratios ?lg/X ont été étudiés (ratio 2, 5, 10 et 20) à différentes concentrations. L’évolution structurale des gels est suivie par la rhéologie et la microscopie confocale. La mesure du potentiel Zeta a été réalisée afin d’estimer le ratio optimal. Les résultats indiquent que le xanthane a fourni le patron pour l'organisation des gels. La diminution de l'interaction répulsive entre les chaînes de xanthane et l’augmentation de l'interaction attractive entre la ?-lactoglobuline et le xanthane, lorsque le pH diminue, ont entraîné la formation de complexes solubles suivie de la formation de complexes interpolymères. L’extension de cette association a résulté en la fixation de la structure au point de gel. Le ratio a affecté fortement la cinétique de la gélification due au rôle de réticulation de protéines.?

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81e Congrès de l'ACFAS

Développement de béton projeté à ultra-haute résistance initiale

Auteur : Jean-Daniel Lemay
Colloque    203 - Fabrication et construction

Les innovations dans le domaine du béton ont récemment permis la création de nouveaux types de béton aux propriétés étonnantes. Une de ces nouveautés est la création de béton à partir d’un mélange de ciment Portland (OPC), de ciment d’aluminate de calcium (CAC) et de sulfate de calcium (C$). Ces bétons possèdent des résistances en jeune âge très supérieures aux résistances obtenues avec des bétons traditionnels. Cependant, ce type de mélange possède des temps de prises inférieures à 5 minutes les rendant inutilisables lors d’une coulée en chantier. Il est possible de contourner ce problème en utilisant le béton projeté par voie sèche puisque l’eau n’est ajoutée qu’une demi-seconde avant la sortie de la lance et de la mise en place. L’objectif de ce projet de recherche est donc de développer un béton projeté à base d’OPC-CAC-C$. Dans un premier temps, la proportion des liants présentant les meilleures résistances en jeune âge et une stabilité volumique constante (en effet, ces liants peuvent être expansifs!) a été étudiée. Un suivi du gonflement et des résistances en compression a été réalisé sur 50 mélanges de mortier afin d’identifier la meilleure formulation qui a par la suite été projeté. Cette projection grandeur nature a permis la mise en place d’un matériau possédant une résistance de 12 MPa à 1h et 35 MPa à 3h, et qui acquière des résistances finales de 50 MPa en 1 journée, ce qui démontre le succès du projet.

81e Congrès de l'ACFAS

Etude du comportement structural de dalles épaisses atteintes de réaction Alcalis-Silice (RAS)

Auteur : francois pissot
Colloque    203 - Fabrication et construction
Le Nord-est américain et en particulier le Québec, compte un grand nombre d’infrastructures en béton armé vieillissantes datant des années 50 à 70 dont bon nombre, de type dalles épaisses sans renforcement en cisaillement, se dégrade sous l’action de la réaction alcalis-silice (RAS). Une étude, correspondant à mon projet de maîtrise sous la direction de Josée Bastien et Benoît Fournier, en collaboration avec le Ministère des Transports du Québec (MTQ) a alors été entreprise pour comprendre comment se comportent ses structures afin de mieux maîtriser leur gestion. L’objectif principal du projet est d’apporter un éclairage nouveau sur l’évolution de la capacité portante en cisaillement de dalles épaisses atteintes de RAS et des conséquences sur leur durée de vie et ultimement  d’établir un protocole d’évaluation des structures endommagées par la réaction alcalis-silice et ainsi d’évaluer à sa juste valeur les structures. Pour cela, 3 séries de 4 dalles épaisses (4500 x 610 x 750 mm), sont amenées chacune à un taux d’expansion différent par conditionnement accéléré (100%HR et 40°C). Par la suite des essais seront effectués pour évaluer le comportement structural. Ce projet de par son ampleur et son originalité permettra de conjuguer des données matériaux à l’aspect structural, ce qui manque cruellement à l’heure actuelle pour une meilleure compréhension du comportement de telles structures.
81e Congrès de l'ACFAS

Modélisation avancée du procédé de forgeage de pièces aéronautiques

Auteur : Augustin Gakwaya
Colloque    203 - Fabrication et construction

Dans l’industrie aéronautique, des pièces nécessitant des tolérances serrées et des caractéristiques mécaniques très élevées sont souvent produites par le procédé de forgeage. Cette méthode de mise en forme permet une utilisation optimale de la matière et produit des pièces de qualité à un coût raisonnable. Grâce aux techniques de la CAE, il est maintenant plus facile de prédire les profils d’écoulement, l’apparition des défauts et l’usure des matrices de forgeage. Cependant, les modèles utilisés dans l’industrie sont simplistes et ne permettent pas de déterminer les propriétés précises de la pièce forgée. Les concepteurs doivent donc être conservateurs, ce qui mène dans plusieurs cas au surdimensionnement des pièces.

Pour simuler le procédé de forgeage, il existe la méthode classique des éléments finis et la méthode particulaire SPH. La méthode des éléments finis (MEF) est la méthode la plus populaire dans la recherche et l’industrie des simulations numériques. Cependant elle présente des limitations en cas de maillages très déformés. Une approche d’analyse sans maillage basée sur la méthode SPH, plus récente, offre une grande aptitude à suivre les très grandes déformations de surface de la pièce, à  intégrer l’histoire du matériau dans chaque particule et à interagir avec des matrices à géométrie complexe et donne des résultats plus proches de la physique. Ces deux techniques ont été comparées pour un exemple type de forgeage et les résultats sont présentés.

81e Congrès de l'ACFAS

Les agents réducteurs de retrait dans les bétons autoplaçants : mode d'action et performance

Auteur : Jeff Sharman
Colloque    203 - Fabrication et construction

Les agents réducteurs de retrait (ARR) sont souvent utilisés afin de réduire la contraction dans les matériaux à base de ciment; cette contraction est le résultat de l’enlèvement progressif de l’eau induit par les réactions d’hydratation (auto-dessiccation) et par l’évaporation en surface (séchage). Ces adjuvants, par contre, peuvent interférer avec les réactions d’hydratation du ciment ainsi qu’avec le fonctionnement des autres adjuvants dans le mélange, notamment, les entraîneurs d’air (AEA). Afin de mieux comprendre le mode d’action et l’efficacité des SRA, l’effet d’un SRA commercial et douze composés «modèles» ayant des structures chimiques et des propriétés physico-chimiques variés ont été évalués
dans des mortiers de béton équivalent (MBE) simulant des bétons autoplaçants. Ces MBE ont été préparés avec un superplastifiant, un agent viscosant et un AEA afin d’atteindre les propriétés cibles vis-à-vis la maniabilité, la résistance à la ségrégation et à la teneur en air. Les retraits endogène et de séchage ont été suivis à l’aide d’une corde vibrante placé au sein de l’échantillon.

Les résultats démontrent que le retrait de séchage peut être abaissé en diminuant les forces de dépression au sein des capillaires. Pour être éfficace, un SRA doit réduire la tension de surface, être soluble à l’eau et avoir un HLB approprié. Le retrait endogène, par contre, semble être contrôlé par le degré d’expansion observé au début de l’hydratation.

81e Congrès de l'ACFAS

Stratégies pour l’amélioration des propriétés physiques du PLA par incorporation de fibres naturelles

Auteur : Marc-Antoine Michel
Colloque    204 - Matériaux

L’acide polylactique (PLA) est un biopolyester thermoplastique dont l’intérêt croissant tient à son caractère renouvelable et à sa biodégradabilité. Ses faibles propriétés thermomécaniques  limitent son utilisation pour la fabrication de pièces techniques. Au cours de cette présentation, nous décrivons une approche  pour améliorer ses performances mécaniques à des températures proches de la température de transition vitreuse du PLA. Cette approche repose sur l’ajout de fibres naturelles qui servent de renfort à la matrice polymère de type PLA. Une bonne  compatibilité entre les fibres naturelles et la matrice est primordiale et dépend principalement de l’existence d’interactions physiques et chimiques entre les deux entités. Si de telles interactions prévalent, alors les gains en termes de propriétés thermomécaniques seront élevés. L’ajout de fibres naturelles viendra également diminuer le coût de revient du matériau final. Cette présentation a pour objectif de préciser les différentes stratégies employées par le Centre de technologie minérale et de plasturgie (CTMP) pour améliorer les propriétés du PLA et la compatibilité des fibres naturelles avec ce polymère.



81e Congrès de l'ACFAS

Caractérisation des brais de goudron de houille utilisés dans l’industrie de l’aluminium par les différentes techniques

Auteur : Shipan Das
Colloque    204 - Matériaux

Dans les alumineries modernes, les anodes précuites en carbone sont utilisées dans l’électrolyse pour la production de l’aluminium. Ces anodes sont fabriquées à partir d’une pâte qui contient des particules granulaires (coke, mégot, anodes recyclés) liées par un brai. Le brai de houille du goudron est le choix préféré comme matériau liant. La pâte est mélangée et compactée dans un premier temps pour produire des anodes crues. La cuisson de ces anodes est nécessaire pour leur utilisation dans la cuve d’électrolyse. Durant la cuisson, le brai est carbonisé. Les propriétés, la structure et la composition du brai ont un impact important sur les propriétés de l'anode, en particulier au cours de la carbonisation à la cuisson des anodes.

Il est important d’avoir une bonne connaissance de la chimie et de la structure des brais provenant des différentes sources ainsi que de l’interaction entre le brai et le coke pendant la cuisson. Cela mènera à une meilleure compréhension de ses propriétés liantes dans les anodes en carbone. Des différents brais ont été caractérisés en utilisant les différentes techniques telles que l’extraction par les solvants, la spectrométriephotoélectronique par rayons X (XPS) et la spectroscopie infrarouge à  transformation de Fourier (FTIR).La combinaison des résultats obtenus de ces différentes techniques fournit des renseignements complémentaires pour bien caractériser les brais. Dans cet article, ces techniques et les résultats de l’étude seront présentés.

81e Congrès de l'ACFAS

L’auscultation des ouvrages précontraints : constats et perspectives

Auteur : Benoit Bissonnette
Colloque    204 - Matériaux

L’auscultation des ouvrages en béton précontraint par post-tension pose un défi technique important puisque l’armature et les gaines de précontrainte, noyées dans le béton, se révèlent difficilement accessibles. Or, l’état des câbles de précontrainte et l’injection des gaines constituent des indicateurs critiques de la condition et de la durée de vie résiduelle de ce type d’ouvrage. Afin de jeter un meilleur éclairage sur les approches envisageables, l’article propose d’abord une revue critique de la documentation sur les méthodes d’évaluation non destructives existantes. En regard des limites rapportées et des besoins identifiés, trois techniques d’auscultation ont été étudiées. Dans une première phase, l’endoscopie et la méthode impact-écho ont été expérimentées de manière complémentaire pour l’auscultation de corps d’épreuve fabriqués en laboratoire et de portions de poutres de ponts démantelés. Dans la seconde phase des travaux, la technique d’auscultation radar a été expérimentée sur des corps d’épreuve de configurations variées et fabriqués avec des gaines en polymère afin d’évaluer la capacité de détection, de localisation et d’identification physique des composantes internes. Suite à la description des approches méthodologiques mises en œuvre, des résultats typiques sont présentés et des recommandations sont émises quant aux conditions d’utilisation les plus favorables et aux limites d’interprétation propres aux méthodes d’auscultation considérées. 

81e Congrès de l'ACFAS

Identification de différentes composantes dans un échantillon d’anode en carbone

Auteur : Dipankar Bhattacharyay
Colloque    204 - Matériaux

Les anodes en carbone sont consommées dans le procédé de l’électrolyse pour la production de l’aluminium. La production des anodes commence par la préparation de la pâte qui est constituée des agrégats (coke de pétrole calciné, anodes cuites et crues recyclées, mégots) et du lien (brai de goudron de houille). La pâte préchauffée est mélangée et compactée afin de produire des anodes crues. Ces anodes sont cuites dans des grands fours de cuisson. Après leur refroidissement, elles sont utilisées dans les cuves d’électrolyse. L’homogénéité de la pâte est très importante pour une bonne distribution des constituants dans une anode, ce qui permet de produire des anodes de bonne qualité.

Une des méthodes utilisées pour déterminer la distribution des composantes (coke et d’autres particules granulaires, brai, pores) d’une anode est basée sur l’analyse des images prises par le microscope optique des échantillons carottés des anodes. Dans ce type d’applications, l’apparence noire du coke, du brai et des pores rend l’identification de ces composantes difficile. Une méthode est développée en utilisant la lumière polarisée et elle permet la détermination de la distribution de toutes les composantes dans une anode. Dans cet article, la méthode sera décrite et les résultats seront présentés démontrant son application à l’identification de différentes composantes des anodes.

81e Congrès de l'ACFAS

Caractérisation des solutions aqueuses de PNIPAM modifié par des groupements azobenzènes

Auteur : Olivier Boissière
Colloque    204 - Matériaux

Le poly N-isopropylacrylamide (PNIPAM) est un polymère thermosensible très étudié dans le monde. Il possède une température inférieure critique de solubilité (LCST) d'environ 31°C ce qui lui confère des possibilités d'applications vastes et notamment en tant que nanovecteur. Se faisant, maîtriser sa LCST est quelque chose de particulièrement décisif dans le design de polymères. Des PNIPAM modifiés de manière téléchélique par des groupements azobenzènes ne présentent aucune modification de la LCST quand bien même on irradie ces PNIPAM pour effectuer la transition du trans azobenzène qui est apolaire au cis azobenzène qui lui est très polaire. Dans cette communication, nous avons synthétisé et caractérisé des solutions aqueuses de PNIPAM où des groupement azobenzènes ont été ajoutés de manière régulièrement espacés dans les chaînes de PNIPAM et  ces azobenzènes ont eu un effet topologique permettant de former des micelles fleurs et de faire presque disparaître le point de trouble.

81e Congrès de l'ACFAS

Passivation de GaN par dépôt PECVD d’oxyde de silicium : brique de base pour le développement d’une technologie MOS-GaN pour les transistors de puissance

Auteur : Ahmed Chakroun
Colloque    204 - Matériaux

Le nitrure de gallium (GaN) est un matériau semiconducteur à large bande interdite directe qui suscite un intérêt croissant du fait de ses propriétés électroniques et thermiques particulièrement attrayantes pour les applications de puissance et de hautes fréquences. Pour pouvoir profiter pleinement des avantages de ce matériau plusieurs verrous technologiques doivent être surmontés. En particulier, il est indispensable de développer un procédé de passivation efficace de la surface du GaN. Ce point est crucial, d’une part, pour pouvoir réaliser une technologie MOS sur ce matériau et, d’autre part, pour améliorer les performances et la fiabilité des dispositifs électroniques et optoélectroniques sur GaN.

Nous rapportons des résultats expérimentaux sur la passivation de la surface du GaN par dépôt PECVD d’oxyde de silicium (SiOx). Des structures métal-oxyde-semiconducteur (MOS) ont été fabriquées sur une couche de n‑GaN non intentionnellement dopée. Les mesures C-V  montrent une bonne modulation du potentiel de surface, avec un très faible décalage de la tension de bande plate, une faible hystérésis (Fig. 1) et aucune dispersion notable en fréquence. À partir des mesures C-V à 1MHz, une faible densité d’états de surface (Dit) de l’ordre de 1010 eV-1 cm-2 a été extraite. Le procédé de passivation du GaN développé présente un potentiel intéressant pour la réalisation de transistors MOSFETs et MOS-HEMTs sur GaN.

81e Congrès de l'ACFAS

Durabilité(s) des matériaux de construction : un challenge pour l’ingénieur

Auteur : Benoit Bissonnette
Colloque    204 - Matériaux

Le choix des matériaux utilisés
dans la construction repose sur des critères techniques identifiables et
quantifiables tels la résistance mécanique, le comportement chimique ou le
transfert de chaleur, paramètres qui permettent non seulement de satisfaire les
exigences opérationnelles de l'ouvrage, mais aussi d'en garantir la durabilité
et la durée de vie utile attendues. Quoi qu'il en soit, ces critères ne sont
aujourd’hui plus suffisants: énergie grise, analyse de cycle de vie, incidence
sur l’environnement, qualité environnementale des constructions, etc. sont de
nouveaux facteurs qui interviennent dans le caractère « durable » des
constructions. L’ingénieur se doit désormais d'intégrer ces considérations dans
le dimensionnement et la réalisation des ouvrages, ce qui constitue un réel
challenge pour l’avenir.

81e Congrès de l'ACFAS

Impact du vieillissement sur la microstructure surfacique et la mouillabilité du tremble (Populus tremuloides) traité thermiquement

Auteur : xianai Huang
Colloque    204 - Matériaux

Le traitement thermique du bois à haute température est effectué en le chauffant aux températures entre 180°C et 230°C. Le produit final possède des nouvelles propriétés comme meilleure stabilité dimensionnelle et résistance biologique contre les microorganismes, couleur foncée attirante. Le mécanisme de vieillissement du bois non traité a été étudié abondamment; cependant, il n’y a pas beaucoup d’information sur l’impact du vieillissement sur le bois traité thermiquement.

Les surfaces des échantillons du tremble non traité et traité thermiquement ont été soumises au vieillissement accéléré pour des périodes de 72 à 1512 heures. Ensuite, ces surfaces ont été analysées par le MEB et les tests de mouillabilité ont été effectués par la mesure des angles de contact sur ces surfaces afin de déterminer les changements dans la structure microscopique et les propriétés thermodynamiques en fonction de la période de vieillissement.

L’analyse des surfaces par le MEB a démontré clairement les changements structurels. Après le vieillissement de longues périodes, il n’y avait pas de différence significative par rapport à la dégradation des surfaces du bois non traité et traité thermiquement. La mouillabilité a augmenté avec le vieillissement dû probablement au développement des cracks sur la surface. La mouillabilité du bois traité thermiquement était moins que celle du bois non traité à cause de la réduction des contenus en extractives et hémicelluloses pendant le traitement thermique.



81e Congrès de l'ACFAS

Amélioration des propriétés à l'impact de l'acide polylactique (PLA)

Auteur : Andro Vachon
Colloque    204 - Matériaux

Le coût des matières premières est une préoccupation constante des acteurs du secteur de la plasturgie qui utilisent encore essentiellement des polymères dérivés du pétrole. Or, l’augmentation et les fluctuations fréquentes du prix du pétrole entraînent un risque sur la rentabilité des entreprises et forcent celles-ci à chercher des formulations dont le coût est plus stable. Ainsi, de nouvelles filières polymères apparaissent ; certains biopolyesters comme l’acide polylactique (PLA) ou les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont devenus des substituts réalistes aux polymères de commodité (PE, PP, PET, PVC), issus du pétrole, généralement non biodégradables et parfois difficilement recyclables. A l’heure actuelle, le coût des polyesters biosourcés diminue et l’écart, par exemple avec certains polyesters, tend à se réduire, offrant ainsi de réelles opportunités en termes d’innovations et de viabilité pour les nouvelles résines élaborées. Nos travaux portent actuellement sur le PLA, un biopolyester thermoplastique. Sa fragilité est bien connue et sa faible résistance à l’impact limite son utilisation dans de nombreuses applications. L’objectif de ce projet est de développer de nouvelles formulations à base de PLA pour la fabrication de pièces durables ou jetables. L’incorporation par extrusion de plastifiants et de polymères flexibles dans le PLA, qui est une méthode couramment employée au CTMP. Cette approche a conduit à des améliorations substantielles de la résistance à l’impact.

81e Congrès de l'ACFAS

Un modèle mathématique en 3D pour l’analyse de conception d’un four horizontal de cuisson d’anodes

Auteur : Mounir BAITECHE
Colloque    204 - Matériaux

La cuisson des anodes utilisées dans l’industrie de l’aluminium primaire est une étape très importante. Les anodes de bonne qualité favorisent la stabilité de l’opération de l’électrolyse et augmentent le rendement des cuves. Un intérêt particulier est donné au comportement des anodes dans le four horizontal de cuisson où elles subissent un traitement thermique afin de les cuire et durant lequel leurs propriétés sont fixées.

Le développement d’un outil de simulation numérique pour l’analyse de conception d’un four a une importance précieuse. Elle permet de connaitre l’évolution de l’état des anodes durant toute la période de cuisson, et donc adapter la géométrie et les conditions du fonctionnement du four afin de minimiser les effets néfastes et d’augmenter la qualité des anodes.

L’analyse de conception du four doit cerner tous les phénomènes se produisant durant le processus de cuisson. La modélisation implique la représentation de l’écoulement, les transferts de chaleur et de masse en 3D et en régime transitoire dans le four, incluant la dévolatilisation des anodes, la combustion du carburant et des volatiles et l’infiltration de l’air. La géométrie est représentée en détail. La solution numérique de ces équations donne les distributions détaillées des vitesses, des températures et des concentrations des espèces chimiques en 3D et en fonction du temps. Dans cet article, la description du four, du modèle 3D et certains des résultats prédits par le modèle seront présentés.

81e Congrès de l'ACFAS

Étude sur la formation des fissures dans des anodes en carbone utilisées par l’industrie de l’aluminium

Auteur : Salah AMRANI
Colloque    204 - Matériaux

Les anodes en carbone sont consommées dans l’électrolyse de l’alumine pour la production de l’aluminium primaire. Les alumineries modernes utilisent des anodes précuites. La fabrication des anodes précuites en carbone est l’une des étapes les plus coûteuses lors de la production de l’aluminium.  La fissuration des anodes est un problème major parce qu’elle augmente la consommation d’énergie qui a un impact direct sur les émissions environnementales et le coût de production. Donc, il est nécessaire d’évaluer ce problème.

Plusieurs méthodes expérimentales sont disponibles pour étudier la fissuration. Dans nos laboratoires, nous utilisons trois méthodes. La mesure de la distribution de la résistivité électrique sur la totalité d’un  échantillon est une méthode quantitative pour déterminer la perte énergétique liée à la fissuration. Aussi, la morphologie et la structure des surfaces peuvent être caractérisées par la microscopie optique, une analyse basée sur la technique d’analyse par image. Cette méthode reste limitée à cause de la difficulté de localiser le problème de fissuration sur une large surface. Une technique non destructive est la tomographie de rayon X qui donne une image des fissures en détail. La combinaison des résultats de ces trois méthodes d’analyses donne une idée globale sur le phénomène de la fissuration. Dans cet article, nous présenterons ces méthodes et les résultats de notre étude sur la fissuration.



81e Congrès de l'ACFAS

Étude sur la modification de la couleur et de la composition de la surface du tremble (Populus tremuloides) torréfié pendant le vieillissement

Auteur : xianai Huang
Colloque    204 - Matériaux

L’effet du vieillissement accéléré sur la modification de la couleur de la surface du tremble torréfié sous différentes températures de traitement thermique a été étudié avec un colorimètre (Datacolor, CHECK TM), et les résultats ont été analysés selon le système CIE-L*a*b*. L’impact du traitement thermique et du vieillissement accéléré sur la composition surfacique et la cristallinité de cellulose a été examiné avec XPS et FT-IR. Les résultats ont été comparés avec ceux du bois non traité.

Le spectre de XPS a montré que le rapport O/C augmente avec l’augmentation de la période du vieillissement, indiquant l’oxydation de la surface. On a trouvé que la surface du tremble torréfié devient riche en cellulose et pauvre en lignine dû à l’oxydation lors de vieillissement. Cela indique que la lignine est plus sensible au vieillissement que les autres composantes pour le tremble torréfié. La cristallinité de la surface du tremble torréfié a été trouvée plus élevée que celle du bois non traité pendant le vieillissement. Les résultats de l’analyse par FT-IR ont confirmé la sensibilité de la lignine au vieillissement pour le tremble torréfié et non traité. Donc, la lignine se détériore plus vite que les autres composantes lors de vieillissement. Par conséquence, les couleurs de la surface du bois torréfié et non traité devient plus pâles après une longue période de vieillissement.



81e Congrès de l'ACFAS

Composites microcellulaires à base de fibres naturelles : analyse de la relation entre les propriétés morphologiques et mécaniques

Auteur : Cédric Tissandier
Colloque    204 - Matériaux

L’utilisation de fibres naturelles pour la fabrication de matériaux fonctionnels à structures microcellulaires permet d’obtenir des matériaux relativement nouveaux aux propriétés uniques. Cette classe de matériaux est en constante évolution car elle combine les coûts et les performances mécaniques d’une matrice thermoplastique avec ceux des fibres naturelles. Les applications visées par ces composites sont principalement celles des industries de l’emballage, de la construction et des transports. En dépit du fort développement des composites à fibres synthétiques ou artificielles, ces derniers n’ont jamais éclipsé l’intérêt porté aux fibres naturelles. Toutefois, les propriétés particulières des mousses microcellulaires renforcées par des fibres naturelles n’ont pas été totalement étudiées et comprises. Dans cette étude, des composites formés de polyéthylène de haute densité et de fibres de lin ont été moussés en injection avec un agent moussant chimique. Les matériaux obtenus forment clairement des structures sandwichs : c’est-à-dire un cœur moussé entre deux peaux non-moussées. Dans un premier temps, la morphologie des échantillons a été observée par microscopie afin de déterminer la taille des bulles et la densité cellulaire, ainsi que les épaisseurs de chaque couche. De plus, la masse volumique et les propriétés mécaniques en traction, flexion, torsion et impact ont été analysées en vue de compléter la caractérisation de ces nouveaux matériaux.

81e Congrès de l'ACFAS

Développement d’un modèle de procédé pour l’analyse du comportement d’un four horizontal de cuisson d’anodes

Auteur : Noura OUMAROU
Colloque    204 - Matériaux

Le procédé de la production d’aluminium primaire par électrolyse utilise des anodes de carbone pour réduire l’alumine. Ces anodes sont généralement constituées d’un mélange (coke, anodes recyclées et brai) qui est préchauffé, puis malaxé et enfin mis en forme par vibrocompactage. Les anodes obtenues, appelées anodes crues ou vertes, sont ensuite cuites dans des grands fours.

Afin de répondre aux nombreuses attentes économiques et environnementales relatives à ce type de procédé, l’optimisation des paramètres de cuisson s’avère nécessaire. Cela passe par la maîtrise et le contrôle des différents paramètres d’opération, nécessitant un modèle mathématique fiable. En effet, pour pallier aux limites de l’approche expérimentale souvent longue et coûteuse, la modélisation mathématique s’est progressivement imposée comme une solution permettant de mieux prendre en compte la complexité des phénomènes.

Un modèle de procédé tenant compte des divers paramètres de cuisson des anodes est développé afin d’étudier le comportement d'un four horizontal de cuisson d'anodes. Un de ses atouts, vis-à-vis des modèles existants, réside dans la résolution en 2D des équations du bilan d’énergie aussi bien pour le gaz (plan horizontal) que pour les solides (plan vertical). Dans ce travail, nous allons décrire son apport vis-à-vis des modèles existants, son utilisation dans l’étude de four industriel de cuisson des anodes et enfin des résultats issus de simulations numériques seront présentés.

81e Congrès de l'ACFAS

Influence des paramètres du procédé de vibro-compaction sur la production des anodes de carbone

Auteur : Fatma Rebaïne
Colloque    204 - Matériaux

Lors de la fabrication de l’aluminium primaire dans les cuves d’électrolyse par le procédé Hall Héroult, l'aluminium tend à se déposer au fond de la cuve tandis que l'oxygène réagit avec le carbone des anodes pour se dégager essentiellement sous forme de CO2. Cette combustion du carbone oblige à remplacer régulièrement les anodes. Les performances de ces anodes peuvent être évaluées par leurs diverses propriétés mécaniques, électriques, physiques et chimiques, telles que la densité, la résistivité électrique, et les réactivités à CO2 et à l’air.

Durant le processus de fabrication, les matières premières constituées de coke, de rejets d’anodes et de mégots sont broyées, mélangées avec du brai et utilisées pour la formation de la pâte d’anode. Après cela, le tout est placé dans un vibro-compacteur pour une mise en forme avant de subir un processus de refroidissement et de cuisson. Le bon déroulement de chacune des étapes de fabrication est important afin de produire des anodes de qualité.

Le procédé de vibro-compaction représente l’une des étapes les plus critiques. Si les anodes ne sont pas bien vibrées, leurs résistances mécaniques vont diminuer et, à leurs tours, provoquer la formation prématurée de fissures causant ainsi de lourdes pertes financières. Pour ce faire, un modèle dynamique du vibo-compacteur est développé. Ce modèle est utilisé pour identifier les conditions optimales du procédé de vibro-compaction. Le modèle et les résultats seront présentés dans cet article.



81e Congrès de l'ACFAS

Capture réversible du CO2 par des montmorillonites contenant des polyglycérols d’origine végétale

Auteur : Saadia NOUSIR
Colloque    204 - Matériaux

Trois dendrimères de polyglycérol hyperbranchés de masses molaires moyennes égales à 500, 1100 et 1700 g.mol-1, ont été obtenus par polymerisation d’un glycidol dérivé de l'huile de soja. L’incorporation de ces dendrimères dans la structure poreuse d’une montmorillonite sodifiée a abouti à l’obtention d’organo-argiles (NaMt-500, NaMt-1100 et NaMt-1700, respectivement). Celles-ci ont été utilisées comme adsorbants pour la capture réversible du CO2. La capacité de rétention du CO2 (CRC) a été évaluée par désorption à température programmée. La CRC augmente avec le nombre de groupement OH incorporés. Ces derniers se sont avérés être les principaux sites d'adsorption. Paradoxalement, l’augmentation du poid moléculaire et du pourcentage d’insertion du dendrimère n’accroît pas nécessairement la quantité de CO2 adsorbées. Ceci serait dû à un renfermement de la structure dendrimérique sur elle-même, entraînant une chute considérable du nombre de groupements OH accessibles. La plus grande valeur de CRC a été obtenue sur les échantillons NaMt-500 à faibles teneurs en dendrimère (2.16 mmol.g-1). La libération ultérieure du CO2 nécessite des températures beaucoup plus basses, comparativement aux amines et autres composés analogues. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour la préparation d’adsorbants efficaces pour la capture réversible de gaz à effets de serre, à partir de matériaux peu coûteux et respectueux de l'environnement tels que les argiles et les polyols d’origine végétale.