Modélisation du comportement des bétons fibrés à ultra-hautes performances par la micromécanique : Effet de l'orientation des fibres à l'échelle de la structure

Cette thèse s’inscrit dans le contexte d’une optimisation industrielle et économique des éléments de structure en BFUP permettant d’en garantir la ductilité au niveau structural, tout en ajustant la quantité de fibres et en optimisant le mode de fabrication. Le modèle développé décrit explicitement la participation du renfort fibré en traction au niveau local, en enchaînant une phase de comportement écrouissante suivie d’une phase adoucissante. La loi de comportement est fonction de la densité, de l’orientation des fibres vis-à-vis des directions principales de traction, de leur élancement et d’autres paramètres matériaux usuels liés aux fibres, à la matrice cimentaire et à leur interaction. L’orientation des fibres est prise en compte à partir d’une loi de probabilité normale à une ou deux variables permettant de reproduire n’importe quelle orientation obtenue à partir d’un calcul représentatif de la mise en oeuvre du BFUP frais ou renseignée par analyse expérimentale sur prototype. Enfin, le modèle reproduit la fissuration des BFUP sur le principe des modèles de fissures diffuses et tournantes. La loi de comportement est intégrée au sein d’un logiciel de calcul de structure par éléments finis, permettant de l’utiliser comme un outil prédictif de la fiabilité et de la ductilité globale d’éléments en BFUP. Deux campagnes expérimentales ont été effectuées, une à l’Université Laval de Québec et l’autre à l’Ifsttar, Marne-la-Vallée. La première permet de valider la capacité du modèle reproduire le comportement global sous des sollicitations typiques de traction et de flexion dans des éléments structurels simples pour lesquels l’orientation préférentielle des fibres a été renseignée par tomographie. La seconde campagne expérimentale démontre les capacités du modèle dans une démarche d’optimisation, pour la fabrication de plaques nervurées relativement complexes et présentant un intérêt industriel potentiel pour lesquels différentes modalités de fabrication et des BFUP plus ou moins fibrés ont été envisagés. Le contrôle de la répartition et de l’orientation des fibres a été réalisé à partir d’essais mécaniques sur prélèvements. Les prévisions du modèle ont été confrontées au comportement structurel global et à la ductilité mis en évidence expérimentalement. Le modèle a ainsi pu être qualifié vis-à-vis des méthodes analytiques usuelles de l’ingénierie, en prenant en compte la variabilité statistique. Des pistes d’amélioration et de complément de développement ont été identifiées.

Effet du greffage de TiO2 à la surface de fibres de lin sur les propriétés mécaniques d'un composite PLA/fibre de lin longues unidirectionnelles

Les matériaux composites sont utilisés dans beaucoup de domaines pour leurs propriétés mécaniques spécifiques, leur mise en forme facile et leur bas coût. Cependant, lorsque les composites pétro-sourcées sont en fin de vie, le traitement des déchets a un fort impact environnemental. C’est pour cette raison que les industriels se tournent vers des matériaux bio-sourcés. Ils souhaitent ainsi abaisser le coût des matières premières mais aussi se donner une image plus « verte » grâce à l’utilisation de matériaux renouvelables et/ou compostables. Le projet présenté s’inscrit dans dans cette optique où il est question d’élaborer de nouveaux composites à renfort et matrices bio-sourcés et tout particulièrement des composites fibre de lin/acide polylactique (PLA). Ces derniers sont généralement appelés bio-composites. L’originalité de cette étude réside dans le traitement des fibres de lin afin de les compatibilité avec la matrice PLA. Le traitement consiste au greffage de dioxyde de titane sur la surface de fibres de lin fonctionnalisée par oxydation au TEMPO. Ces fibres longues sont ensuite utilisées comme renfort sous forme de tissu unidirectionnel dans la matrice PLA. Le comportement mécanique en traction, flexion et la résistance à l’impact de ces biocomposites sont étudiés afin d’analyser l’influence du traitement des fibres sur leur performances.

Gardening for Health: Patterns of Gardening and Fruit and Vegetable Consumption on the Navajo Nation

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Modélisation de la dispersion chromatique et de l’atténuation dans les fibres microstructurées à coeur suspendu

D’abord, nous présentons les principes physiques nous permettant de modéliser et comprendre le phénomène de propagation linéaire des impulsions lumineuses dans un milieu homogène, dans les guides d’ondes planaires et enfin dans les fibres optiques microstructurées. Ensuite, nous faisons une analyse mathématique rigoureuse des équations linéaires de propagation et posons le problème comme celui de la recherche de valeurs propres d’opérateurs auto-adjoints dans un espace de Hilbert. On verra que ces résultats théoriques s’appliquent aux équations simulées dans le logiciel Comsol Multiphysics. Enfin, nous recensons et proposons différentes façons de prédire les valeurs de dispersion chromatique et d’atténuation dans les fibres microstructurées à coeur suspendu en utilisant les notions et équations discutés dans les deux premiers chapitres. Le choix de la géométrie, du matériau et de la longueur d’onde de la lumière transmise sont parmi les variables étudiées numériquement. Nous ferons également un exemple détaillé d’utilisation du logiciel Comsol Multiphysics pour construire un modèle de fibre optique microstructurée.

Use of Fibres Obtained from the Cashew (Anacardium ocidentale, L) and Guava (Psidium guayava) Fruits for Enrichment of Food Products

OLIVEIRA, E. L. et al. Use of Fibres obtained from the Cashew (Anacardium ocidentale, L) and Guava (Psidium guayava) Fruits for Enrichment of Food Products. Brazilian Archives of Biology and Technology, Curitiba, PR, v. 48, p. 143-150, 2005.

Évaluation objective de la séquence de récupération des fibres sensitives de la troisième division du nerf trijumeau suite à une ostéotomie sagittale mandibulaire bilatérale (OSMB)

Le projet de recherche est une étude prospective consistant à déterminer la séquence de récupération des fibres sensitives de la troisième division du nerf trijumeau (V3) suite à une ostéotomie sagittale mandibulaire bilatérale (OSMB). Dix-neuf sujets ont été recrutés entre les mois de mars et septembre 2008. Tous ont eu une chirurgie orthognathique d’OSMB afin de corriger une malocclusion. La sensibilité dans le territoire cutané innervé par V3 de chacun des sujets a été évaluée en pré-opératoire de même qu’à cinq autres reprises en post-opératoire (2, 4, 20, 36 et 52 semaines). Deux méthodes d’évaluation objectives de la récupération nerveuse sensitive ont été utilisées. La première consistait à utiliser un appareil nommé Neurometer afin de déterminer l’intensité minimale de courant électrique (Current Perception Threshold [CPT]) pouvant être ressentie spécifiquement par chacun des trois types de fibres nerveuses sensitives (A-Bêta, A-Delta et C) dans le territoire cutané de V3. La deuxième méthode consistait à utiliser les monofilaments de Semmes-Weinstein afin de déterminer le seuil minimal de pression (Von Frey) pouvant être ressenti dans le même territoire cutané. De plus, lors de chacun des rendez-vous post-opératoires, il a été demandé à chaque sujet de quantifier subjectivement sa sensibilité à l’aide d’une échelle visuelle analogue. Cela a permis de corréler les valeurs de CPT, les seuils de perception de la pression et l’évaluation subjective que le patient a de sa propre sensibilité. Il a été démontré que la séquence de récupération des fibres sensitives de V3 suite à une OSMB est la suivante : les fibres A-Delta récupèrent en premier, suivies des fibres C puis des fibres A-Bêta.

Artificial Skin - Culturing of Different Skin Cell Lines for Generating an Artificial Skin Substitute on Cross-Weaved Spider Silk Fibres

Background: In the field of Plastic Reconstructive Surgery the development of new innovative matrices for skin repair is in urgent need. The ideal biomaterial should promote attachment, proliferation and growth of cells. Additionally, it should degrade in an appropriate time period without releasing harmful substances, but not exert a pathological immune response. Spider dragline silk from Nephila spp meets these demands to a large extent. Methodology/Principal Findings: Native spider dragline silk, harvested directly out of Nephila spp spiders, was woven on steel frames. Constructs were sterilized and seeded with fibroblasts. After two weeks of cultivating single fibroblasts, keratinocytes were added to generate a bilayered skin model, consisting of dermis and epidermis equivalents. For the next three weeks, constructs in co-culture were lifted on an originally designed setup for air/liquid interface cultivation. After the culturing period, constructs were embedded in paraffin with an especially developed program for spidersilk to avoid supercontraction. Paraffin cross-sections were stained in Haematoxylin & Eosin (H&E) for microscopic analyses. Conclusion/Significance: Native spider dragline silk woven on steel frames provides a suitable matrix for 3 dimensional skin cell culturing. Both fibroblasts and keratinocytes cell lines adhere to the spider silk fibres and proliferate. Guided by the spider silk fibres, they sprout into the meshes and reach confluence in at most one week. A well-balanced, bilayered cocultivation in two continuously separated strata can be achieved by serum reduction, changing the medium conditions and the cultivation period at the air/liquid interphase. Therefore spider silk appears to be a promising biomaterial for the enhancement of skin regeneration.

Greffage d’un film mince de nano-TiO2 sur les fibres naturelles cellulosiques pour le renforcement de biocomposites polymériques

Abstract : Natural materials have received a full attention in many applications because they are degradable and derived directly from earth. In addition to these benefits, natural materials can be obtained from renewable resources such as plants (i.e. cellulosic fibers like flax, hemp, jute, and etc). Being cheap and light in weight, the cellulosic natural fiber is a good candidate for reinforcing bio-based polymer composites. However, the hydrophilic nature -resulted from the presence of hydroxyl groups in the structure of these fibers- restricts the application of these fibers in the polymeric matrices. This is because of weak interfacial adhesion, and difficulties in mixing due to poor wettability of the fibers within the matrices. Many attempts have been done to modify surface properties of natural fibers including physical, chemical, and physico-chemical treatments but on the one hand, these treatments are unable to cure the intrinsic defects of the surface of the fibers and on the other hand they cannot improve moisture, and alkali resistance of the fibers. However, the creation of a thin film on the fibers would achieve the mentioned objectives. This study aims firstly to functionalize the flax fibers by using selective oxidation of hydroxyl groups existed in cellulose structure to pave the way for better adhesion of subsequent amphiphilic TiO[subscript 2] thin films created by Sol-Gel technique. This method is capable of creating a very thin layer of metallic oxide on a substrate. In the next step, the effect of oxidation on the interfacial adhesion between the TiO[subscript 2] film and the fiber and thus on the physical and mechanical properties of the fiber was characterized. Eventually, the TiO[subscript 2] grafted fibers with and without oxidation were used to reinforce poly lactic acid (PLA). Tensile, impact, and short beam shear tests were performed to characterize the mechanical properties while Thermogravimetric analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic mechanical analysis (DMA), and moisture absorption were used to show the physical properties of the composites. Results showed a significant increase in physical and mechanical properties of flax fibers when the fibers were oxidized prior to TiO[subscript 2] grafting. Moreover, the TiO[subscript 2] grafted oxidized fiber caused significant changes when they were used as reinforcements in PLA. A higher interfacial strength and less amount of water absorption were obtained in comparison with the reference samples.

Knowledge about dietary fibres (KADF): development and validation of an evaluation instrument through structural equation modelling (SEM)

Objectives: Because there is scientific evidence that an appropriate intake of dietary fibre should be part of a healthy diet, given its importance in promoting health, the present study aimed to develop and validate an instrument to evaluate the knowledge of the general population about dietary fibres. Study design: The present study was a cross sectional study. Methods: The methodological study of psychometric validation was conducted with 6010 participants, residing in ten countries from 3 continents. The instrument is a questionnaire of self-response, aimed at collecting information on knowledge about food fibres. For exploratory factor analysis (EFA) was chosen the analysis of the main components using varimax orthogonal rotation and eigenvalues greater than 1. In confirmatory factor analysis by structural equation modelling (SEM) was considered the covariance matrix and adopted the Maximum Likelihood Estimation algorithm for parameter estimation. Results: Exploratory factor analysis retained two factors. The first was called Dietary Fibre and Promotion of Health (DFPH) and included 7 questions that explained 33.94 % of total variance ( = 0.852). The second was named Sources of Dietary Fibre (SDF) and included 4 questions that explained 22.46% of total variance ( = 0.786). The model was tested by SEM giving a final solution with four questions in each factor. This model showed a very good fit in practically all the indexes considered, except for the ratio 2/df. The values of average variance extracted (0.458 and 0.483) demonstrate the existence of convergent validity; the results also prove the existence of discriminant validity of the factors (r2 = 0.028) and finally good internal consistency was confirmed by the values of composite reliability (0.854 and 0.787). Conclusions: This study allowed validating the KADF scale, increasing the degree of confidence in the information obtained through this instrument in this and in future studies.

Knowledge about sources of dietary fibres and health effects using a validated scale: a cross-country study

Objectives Dietary fibre (DF) is one of the components of diet that strongly contributes to health improvements, particularly on the gastrointestinal system. Hence, this work intended to evaluate the relations between some sociodemographic variables such as age, gender, level of education, living environment or country on the levels of knowledge about dietary fibre (KADF), its sources and its effects on human health, using a validated scale. Study design The present study was a cross-sectional study. Methods A methodological study was conducted with 6010 participants, residing in 10 countries from different continents (Europe, America, Africa). The instrument was a questionnaire of self-response, aimed at collecting information on knowledge about food fibres. The instrument was used to validate a scale (KADF) which model was used in the present work to identify the best predictors of knowledge. The statistical tools used were as follows: basic descriptive statistics, decision trees, inferential analysis (t-test for independent samples with Levene test and one-way ANOVA with multiple comparisons post hoc tests). Results The results showed that the best predictor for the three types of knowledge evaluated (about DF, about its sources and about its effects on human health) was always the country, meaning that the social, cultural and/or political conditions greatly determine the level of knowledge. On the other hand, the tests also showed that statistically significant differences were encountered regarding the three types of knowledge for all sociodemographic variables evaluated: age, gender, level of education, living environment and country. Conclusions The results showed that to improve the level of knowledge the actions planned should not be delineated in general as to reach all sectors of the populations, and that in addressing different people, different methodologies must be designed so as to provide an effective health education.

Planting a Melodious Vegetable Garden: Where the History of Food & Drink Meets a Musical Composition

Presentation from the MARAC conference in Philadelphia, PA on November 7-9, 2013. S6 - Art from Archives

Fibre Bragg gratings fabrication in four core fibres

Due to the limitation of the lens effect of the optical fibre and the inhomogeneity of the laser fluence on different cores, it is still challenging to controllably inscribe different fibre Bragg gratings (FBGs) in multicore fibres. In this article, we reported the FBG inscription in four core fibres (FCFs), whose cores are arranged in the corners of a square lattice. By investigating the influence of different inscription conditions during inscription, different results, such as simultaneous inscription of all cores, selectively inscription of individual or two cores, and even double scanning in perpendicular core couples by diagonal, are achieved. The phase mask scanning method, consisting of a 244nm Argon-ion frequencydoubled laser, air-bearing linear transfer stage and cylindrical lens and mirror setup, is used to precisely control the grating inscription in FCFs. The influence of three factors is systematically investigated to overcome the limitations, and they are the defocusing length between the cylindrical lens and the bare fibre, the rotation geometry of the fibre to the irritation beam, and the relative position of the fibre in the vertical direction of the laser beam.

Amplification d’impulsions brèves de haute énergie par effet Raman stimulé dans les fibres optiques

Le développement au cours des dernières décennies de lasers à fibre à verrouillage de modes permet aujourd’hui d’avoir accès à des sources fiables d’impulsions femtosecondes qui sont utilisées autant dans les laboratoires de recherche que pour des applications commerciales. Grâce à leur large bande passante ainsi qu’à leur excellente dissipation de chaleur, les fibres dopées avec des ions de terres rares ont permis l’amplification et la génération d’impulsions brèves de haute énergie avec une forte cadence. Cependant, les effets non linéaires causés par la faible taille du faisceau dans la fibre ainsi que la saturation de l’inversion de population du milieu compliquent l’utilisation d’amplificateurs fibrés pour l’obtention d’impulsions brèves dont l’énergie dépasse le millijoule. Diverses stratégies comme l’étirement des impulsions à des durées de l’ordre de la nanoseconde, l’utilisation de fibres à cristaux photoniques ayant un coeur plus large et l’amplification en parallèle ont permis de contourner ces limitations pour obtenir des impulsions de quelques millijoules ayant une durée inférieure à la picoseconde. Ce mémoire de maîtrise présente une nouvelle approche pour l’amplification d’impulsions brèves utilisant la diffusion Raman des verres de silice comme milieu de gain. Il est connu que cet effet non linéaire permet l’amplification avec une large bande passante et ce dernier est d’ailleurs couramment utilisé aujourd’hui dans les réseaux de télécommunications par fibre optique. Puisque l’adaptation des schémas d’amplification Raman existants aux impulsions brèves de haute énergie n’est pas directe, on propose plutôt un schéma consistant à transférer l’énergie d’une impulsion pompe quasi monochromatique à une impulsion signal brève étirée avec une dérive en fréquence. Afin d’évaluer le potentiel du gain Raman pour l’amplification d’impulsions brèves, ce mémoire présente un modèle analytique permettant de prédire les caractéristiques de l’impulsion amplifiée selon celles de la pompe et le milieu dans lequel elles se propagent. On trouve alors que la bande passante élevée du gain Raman des verres de silice ainsi que sa saturation inhomogène permettent l’amplification d’impulsions signal à une énergie comparable à celle de la pompe tout en conservant une largeur spectrale élevée supportant la compression à des durées très brèves. Quelques variantes du schéma d’amplification sont proposées, et leur potentiel est évalué par l’utilisation du modèle analytique ou de simulations numériques. On prédit analytiquement et numériquement l’amplification Raman d’impulsions à des énergies de quelques millijoules, dont la durée est inférieure à 150 fs et dont la puissance crête avoisine 20 GW.

Numerical modelling of braided fibres for reinforced concrete

Fire has been always a major concern for designers of steel and concrete structures. Designing fire-resistant structural elements is not an easy task due to several limitations such as the lack of fire-resistant construction materials. Concrete reinforcement cover and external insulation are the most commonly adopted systems to protect concrete and steel from overheating, while spalling of concrete is minimised by using HPFRC instead of standard concrete. Although these methodologies work very well for low rise concrete structures, this is not the case for high-rise and inaccessible buildings where fire loading is much longer. Fire can permanently damage structures that cost a lot of money. This is unsafe and can lead to loss of life. In this research, the author proposes a new type of main reinforcement for concrete structures which can provide better fire-resistance than steel or FRP re-bars. This consists of continuous braided fibre rope, generally made from fire-resistant materials such as carbon or glass fibre. These fibres have excellent tensile strengths, sometimes in excess of ten times greater than steel. In addition to fire-resistance, these ropes can produce lighter and corrosive resistant structures. Avoiding the use of expensive resin binders, fibres are easily bound together using braiding techniques, ensuring that tensile stress is evenly distributed throughout the reinforcement. In order to consider braided ropes as a form of reinforcement it is first necessary to establish the mechanical performance at room temperature and investigate the pull-out resistance for both unribbed and ribbed ropes. Ribbing of ropes was achieved by braiding the rope over a series of glass beads. Adhesion between the rope and concrete was drastically improved due to ribbing, and further improved by pre-stressing ropes and reducing the slacked fibres. Two types of material have been considered for the ropes: carbon and aramid. An implicit finite element approach is proposed to model braided fibres using Total Lagrangian formulation, based on the theory of small strains and large rotations. Modelling tows and strands as elastic transversely isotropic materials was a good assumption when stiff and brittle fibres such as carbon and glass fibres are considered. The rope-to-concrete and strand-to-strand bond interaction/adhesion was numerically simulated using newly proposed hierarchical higher order interface elements. Elastic and linear damage cohesive models were used effectively to simulate non-penetrative 'free' sliding interaction between strands, and the adhesion between ropes and concrete respectively. Numerical simulation showed similar de-bonding features when compared with experimental pull-out results of braided ribbed rope reinforced concrete.

Bagasse Fractionation by the Soda Process

The soda process was the first chemical pulping method and was patented in 1845. Soda pulping led to kraft pulping, which involves the combined use of sodium hydroxide and sodium sulfide. Today, kraft pulping dominates the chemical pulping industry. However, about 10% of the total chemical pulp produced in the world is made using non-wood material, such as bagasse and wheat straw. The soda process is the preferred method of chemical pulping of non-wood materials, because it is considered to be economically viable on a small scale and for bagasse is compatible with sugarcane processing. With recent developments, the soda process can be designed to produce minimal effluent discharge and the fouling of evaporators by silica precipitation. The aim of this work is to produce bagasse fibres suitable for papermaking and allied applications and to produce sulfur-free lignin for use in specialty applications. A preliminary economic analysis of the soda process for producing commodity silica, lignin and pulp for papermaking is presented.