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Development of an equation for evaluating hydraulic erosive parameter of unlined dam spillways considering surface irregularities and geometrical parameters
Get PDFRock mass erosion downstream of dams and hydraulic structures has been as a significant concern for dam safety. This study offers a comprehensive review of erosion mechanisms and assessment methods in the context of potential rock mass erosion. Various theoretical, semi-theoretical, semi-analytical, and numerical approaches are examined, with semi-theoretical methods establishing correlations between fluid flow intensity and rock resistive capacity, and semi-analytical methods focusing on the interaction between rock mass and water. While numerical methods provide insights, they present challenges in defining the erosive parameter and applying hydraulic parameters to spillway surfaces. Notably, the consideration of rock surface irregularities' effect on the hydraulic erosive parameter has been lacking. To address this gap, the study investigates the influence of surface irregularities in unlined dam spillways on hydraulic parameters. Computational fluid dynamics (CFD) is used to analyze 25 configurations of spillway surface irregularities and their impact on pressure, shear stress, flow velocity, and energy. Findings reveal that irregularities affect these hydraulic parameters, with increased irregularity height leading to decreased maximum velocity, total pressure, and shear stress, while total energy loss and vulnerability to erosion increase. Following the examination of irregularity effects, the study focuses on the accuracy of the existing unit stream power dissipation (USPD) equation for predicting energy dissipation rates in unlined dam spillways. An improved equation for USPD is proposed, considering surface irregularities and the geometry of unlined spillways. Geometrical parameters and surface irregularities are found to influence the equation's accuracy, and modifications are suggested to enhance its predictive capabilities, resulting in improved estimates of energy dissipation rates. These advancements have practical implications for spillway design and maintenance, promoting the development of safer and more efficient water management systems. In summary, this study provides valuable insights into erosion mechanisms, assessment methods, the influence of surface irregularities, and enhancements to the USPD equation for evaluating rock mass erosion in unlined spillways. These findings enhance our understanding of erosion processes and facilitate more accurate assessments for the design and management of hydraulic structures.
L'érosion des massif rocheux en aval des barrages et des structures hydrauliques est devenue une préoccupation majeure en matière de sécurité des barrages. Cette étude offre une revue complète des mécanismes d'érosion et des méthodes d'évaluation dans le contexte de l'érosion potentielle des massif rocheux. Diverses approches théoriques, semi-théoriques, semi-analytiques et numériques sont examinées, avec des méthodes semi-théoriques établissant des corrélations entre l'intensité de l'écoulement des fluides et la capacité de résistance des roches, et des méthodes semi-analytiques se concentrant sur l'interaction entre les massifs rocheux et l'eau. Bien que les méthodes numériques fournissent des informations précieuses, elles présentent des défis dans la définition du paramètre érosif et l'application des paramètres hydrauliques aux surfaces des évacuateurs. Notamment, l’effet des irrégularités de la surface rocheuse n’est pas pris en compte dans la définition du paramètre érosif hydraulique pour combler cette lacune, l'étude examine l'influence des irrégularités de surface dans les évacuateurs de barrages sans revêtement sur les paramètres hydrauliques. La dynamique des fluides numérique (CFD) est utilisée pour analyser 25 configurations d'irrégularités de surface d'évacuateurs et leur impact sur la pression, la contrainte de cisaillement, la vitesse d'écoulement et l'énergie. Les résultats révèlent que les irrégularités affectent ces paramètres hydrauliques, avec une hauteur d'irrégularité accrue entraînant une diminution de la vitesse maximale, de la pression totale et de la contrainte de cisaillement, tandis que la perte d'énergie totale et la vulnérabilité à l'érosion augmentent. Après avoir examiné les effets des irrégularités, l'étude se concentre sur l'exactitude de l'équation de dissipation de puissance spécifique (USPD) existante pour prédire les taux de dissipation d'énergie dans les évacuateurs de barrages sans revêtement. Une équation améliorée pour l'USPD est proposée, en tenant compte des irrégularités de surface et de la géométrie des évacuateurs sans revêtement. Il est constaté que les paramètres géométriques et les irrégularités de surface influencent l'exactitude de l'équation, et des modifications sont suggérées pour améliorer ses capacités prédictives, ce qui se traduit par des estimations améliorées des taux de dissipation d'énergie. Ces avancées ont des implications pratiques pour la conception et la maintenance des évacuateurs, favorisant le développement de systèmes de gestion de l'eau plus sûrs et plus efficaces. En résumé, cette étude offre des perspectives précieuses sur les mécanismes d'érosion, les méthodes d'évaluation, l'influence des irrégularités de surface et les améliorations apportées à l'équation USPD pour évaluer l'érosion des masses rocheuses dans les évacuateurs sans revêtement. Ces résultats améliorent notre compréhension des processus d'érosion et facilitent des évaluations plus précises pour la conception et la gestion des structures hydrauliques
Étude exploratoire de la satisfaction des parties prenantes d’un projet d’infrastructure publique par la gestion de la qualité du projet
Get PDFLe management de projet émerge aux États-Unis d’Amérique dès la seconde moitié du XXe siècle, à la faveur de la réalisation des grands travaux d’infrastructures publiques (Mazouz; Semmour et Hussein, 2014; Engwall, 2003; Boutinet, 1990). Cette pratique organisationnelle singulière a pour vocation d’assurer le passage du dessein au dessin (Garel, 2003), d’où sa perspective instrumentale et ses différentes acceptions, dont selon le PMI (2017), l’application de méthodes, de connaissances, de compétences, d’outils et techniques aux activités d’un projet, afin de satisfaire des exigences. L’expression désigne également la science de l’action (Ben Nlouka, 2009) et renvoi à l’art et la science de la conversion d’une vision en réalité (Atkinson, 1999). La discipline a pour objet le projet, et appelle à connaître de sa réalisation et de sa finalité, tandis que par projet, Boutinet (Op.cit.), définit une anticipation opératoire individuelle ou collective du futur désiré. Une importance toujours plus grande est désormais accordée aux projets, considérés comme principaux véhicules de la croissance, de la prospérité des organisations et des sociétés (Shendar et al, 1997). Il en résulte l’intérêt pour la discipline perçue comme nouvel objet de l’histoire de l’entreprise (Scramton, 2008). Dès lors, de nombreux travaux en management de projet, alimentés par les approches traditionnelles de la discipline, dites Classical Project Management (CPM), s’intéressent à l’identification des critères et facteurs de succès de projet. Cependant, depuis le début de XXIe siècle, émergent une vive critique du CPM et les appels au renouveau de la discipline, dont les approches dites Rethinking Project Management (RPM), orientées vers la satisfaction de toutes les parties prenantes considérées. Ces appels confortés par les limites des approches CPM, marquées par l’impasse d’une définition pour toutes les parties prenantes considérées du succès de projet, en raison du paradoxe projet (Cimil, 2000). Dans ce contexte, Williams et al (2015) réduisent les critères privilégiés du succès de projet, délais, coûts et qualité, aux mesures de la performance de la production des livrables du projet, du point de vue du promoteur, de concert avec le prestataire, responsable de l’exécution du projet. Aussi, ces auteurs concluent la primauté de la quête de satisfaction des parties prenantes sur la quête du succès de projet. Toutefois, ils soulignent pour le regretter, la méconnaissance en management de projet des mécanismes par lesquelles, la qualité du projet contribue à la satisfaction des parties prenantes, tandis que cette dernière est désormais présentée, comme le principal rationnel du management de projet (Eskerod et Larsen, 2018 ; Mok et al, Pablo et al, 2017 ; Butt et al, Cuppen et al, 2016 ; Vartiak, 2015 ; Davis, Missonnier et al, Steven de Schepper 2014 ; Turner et Zolin, 2012). Comment la gestion de la qualité du projet peut-elle contribuer à la satisfaction des parties prenantes d’un projet ? Telle est la question principale qui oriente la recherche objet de cette thèse. Les constats à la suite de l’immersion au sein du projet d’aménagement du complexe hydroélectrique de MEMVE’ELE (PACHM) en République du Cameroun en Afrique centrale, à l’occasion du séjour en milieu organisationnel, combinés au déficit de connaissances de la contribution de la qualité du projet à la satisfaction des parties prenantes, alimentent la présente recherche. Cette dernière se justifie par ses objectifs, résultats attendus, intérêts théoriques, pratiques et ses enjeux. Le cadre conceptuel élaboré à partir des principaux modèles de gestion de la qualité du projet, tirés de la documentation en management de projet, fonde les cinq propositions de recherche exploitées pour la collecte, l’analyse et l’interprétation des données de la recherche. Cette dernière de type exploratoire, procède, d’une posture constructiviste-interprétativiste, et d’une démarche inductive et une approche qualitative. Elle adopte une stratégie d’étude de cas imbriqués, dont le PACHM unité principale articulée en trois sous-unités d’analyse mobilisée, pour la collecte de données primaires, l’analyse et l’interprétation, grâce au logiciel Atlas ti V 1.18 à la suite de différents traitements. Les résultats de la recherche suggèrent cinq mécanismes et six modalités minimales à privilégier pour la gestion de la qualité du projet, en vue des influences positives sur la satisfaction des parties prenantes externes considérées. La théorie radar inspirée des travaux de Levin (2014) fonde les modèles oignon et radar de gestion de la qualité du projet proposés. La discussion des résultats de la recherche, révèle leur convergence avec la documentation en management de projet et les propositions de recherche. Cependant, la principale plus-value desdits résultats tient aux éclairages proposés à la mise en oeuvre des mécanismes identifiés. Notamment, la nature des modalités à privilégier par les pratiques de management de projet, en vue des influences positives sur la satisfaction des parties prenantes externes considérées. Il ressort de la recherche d’une part, que tous les mécanismes identifiés sont susceptibles de qualité ou non-qualité et d’autre part, qu’il est important de veiller à la nature des modalités à privilégier par le management de projet, car d’elle dépendent les influences sur la satisfaction. Les mécanismes identifiés et leurs modalités n’exercent pas tous, les mêmes influences sur la satisfaction des parties prenantes. Le mécanisme « évaluation de la qualité du projet » se révèle le plus déterminant de tous lorsqu’il est prédominent. La nature de la recherche fonde les limites des résultats proposés, d’où l’impératif d’éprouver empiriquement les modèles oignon et radar proposés, pour être fixé sur leurs valeurs opérationnelles. Aussi, il importe de prendre en compte également la satisfaction des parties prenantes internes, de préciser la nature des besoins satisfaits par les modalités à privilégier, suivant une perspective explicative et prédictive d’où les pistes de recherches futures complémentaires à la présente thèse.
Project management emerged in the United States of America in the second half of the twentieth century, in the wake of major public infrastructure projects (Mazouz; Semmour and Hussein, 2014; Engwall, 2003; Boutinet, 1990). This singular organizational practice is intended to ensure the transition from design to drawing (Garel, 2003), hence its instrumental perspective and various meanings, including, according to PMI (2017), the application of methods, knowledge, skills, tools and techniques to project activities, in order to satisfy requirements. The term also designates the science of action (Ben Nlouka, 2009) and refers to the art and science of converting a vision into reality (Atkinson, 1999). The discipline's object is the project, and calls for knowledge of its realization and purpose, while Boutinet (Op.cit.) defines a project as an individual or collective operative anticipation of the desired future. Increasing importance is now being attached to projects, seen as the main vehicles for the growth and prosperity of organizations and societies (Shendar et al., 1997). As a result, the discipline is seen as a new object of corporate history (Scramton, 2008). Since then, a great deal of work in project management, fuelled by the discipline's traditional approaches, known as Classical Project Management (CPM), has focused on identifying the criteria and factors for project success. However, since the beginning of the 21st century, CPM has come in for sharp criticism, and there have been calls for a revival of the discipline, including approaches known as Rethinking Project Management (RPM), geared towards satisfying all the stakeholders involved. These calls were reinforced by the limitations of CPM approaches, marked by the impasse in defining project success for all stakeholders concerned, due to the project paradox (Cimil, 2000). In this context, Williams et al (2015) reduce the preferred criteria of project success, time, cost and quality, to performance measures of the production of project deliverables, from the point of view of the sponsor, in concert with the contractor, responsible for project execution. These authors conclude that the quest for stakeholder satisfaction takes precedence over the quest for project success. However, they underline the lack of knowledge in project management of the mechanisms by which project quality contributes to stakeholder satisfaction, whereas the latter is now presented as the main rationale for project management (Eskerod and Larsen, 2018; Mok et al, Pablo et al, 2017; Butt et al, Cuppen et al, 2016; Vartiak, 2015; Davis, Missonnier et al, Steven de Schepper 2014; Turner and Zolin, 2012). How can project quality management contribute to the satisfaction of a project's stakeholders? This is the main question guiding the research that is the subject of this thesis. The findings following immersion in the MEMVE'ELE hydroelectric complex development project (PACHM) in the Republic of Cameroon in Central Africa, on the occasion of the stay in an organizational environment, combined with the lack of knowledge of the contribution of project quality to stakeholder satisfaction, fuel the present research. This research is justified by its objectives, expected results, theoretical and practical interests and challenges. The conceptual framework developed from the main project quality management models in the project management literature forms the basis of the five research propositions used to collect, analyze and interpret the research data. The research is exploratory in nature, based on a constructivist-interpretativist posture, an inductive approach and qualitative data. It adopts a nested case-study strategy, with the PACHM as the main unit articulated in three sub-units of analysis mobilized for primary data collection, analysis and interpretation, using the Atlas ti V 1.18 software following various treatments. The research findings suggest five mechanisms and six minimum modalities to be favored for project quality management, in view of the positive influences on the satisfaction of the external stakeholders considered. Radar theory, inspired by the work of Levin (2014), underpins the proposed onion and radar models of project quality management. Discussion of the research results reveals their convergence with project management literature and research proposals. However, the main added value of these results lies in the insights they offer into the implementation of the mechanisms identified. In particular, the nature of the modalities to be favored by project management practices, with a view to positive influences on the satisfaction of the external stakeholders considered. On the one hand, the research shows that all the mechanisms identified are susceptible to quality or non-quality, and on the other, that it is important to pay attention to the nature of the modalities to be favored by project management, since the influences on satisfaction depend on them. The mechanisms identified and their modalities do not all exert the same influence on stakeholder satisfaction. The "project quality assessment" mechanism proves to be the most decisive of all when it is predominant. The nature of the research underpins the limitations of the proposed results, making it imperative to empirically test the proposed onion and radar models, to be sure of their operational values. It is also important to take into account the satisfaction of internal stakeholders, to specify the nature of the needs satisfied by the preferred modalities, from an explanatory and predictive perspective, hence the avenues for future research complementary to the present thesis
Evaluation of hot tearing susceptibility of wrought aluminum alloys based on their semisolid tensile properties
Get PDFTensile properties of wrought Aluminum alloys in a semisolid state are meaningful to understand the solidification behavior of such alloys and to understand the reasons for variant casting defects. Several challenges should be overcome to measure semisolid tensile properties accurately including large thermal gradients, load fluctuations, and inaccurate strain measurements. An appropriate design of the tensile specimen, the choice of a novel method to calculate stress based on L-gauge displacement, and strain measurements using the digital image correlation method were the main tools of this study to overcome all challenges. This project focused on how to use semisolid tensile properties to evaluate hot tearing susceptibility during the direct chill casting process. To achieve this objective, two parameters were studied: chemical composition and casting speed. In addition, the effectiveness of this novel method was evaluated based on its accuracy to measure elastic properties. The semisolid tensile properties of two AA6111 direct-chill (DC) cast alloys (A and B) have been studied. The Cu, Mn, and Si contents of alloy A are higher than those of alloy B. The microstructures of the alloys were analyzed before tensile testing and after tensile fracture. Isothermal holding was performed in the temperatures of 510, 520, 535, 552, 564 and 580 °C for 1 h to study porosity/void formation in both alloys. Tensile tests were conducted near the solidus temperature in the temperature range of 450–580 °C at a strain rate of 10-4 s-1. The strain during tensile testing was measured using the digital image correlation method to obtain reliable stress-strain curves. The results revealed that the tensile strengths of the alloys gradually decreased to zero with increasing temperature to arrive at the zero-stress temperature, whereas the strains at the failure decreased sharply with increasing temperature until zero-ductility temperature (ZDT) was reached. Moreover, the failure strain of alloy B at any given testing temperature was higher than that of alloy A. Non-mechanical and mechanical hot-tearing criteria were used to study the hot-tearing susceptibilities (HTSs) of the alloys. Considering the mechanical criterion, the ZDT and brittle temperature range of alloy A were lower and larger than those of alloy B, indicating that the HTS index of alloy A was higher than that of alloy B. The elastic properties of the Al-Mg-Si direct-chill-cast AA6111 alloy were determined during the unloading stage of the cyclic tensile test over a wide range of temperatures (25–550°C), and particular attention was paid to high temperatures near the solidus. Young’s modulus was calculated based on macroscopic and localized strains, which were measured using an extensometer and the digital image correlation (DIC) method. Poisson's ratio was determined based on the localized axial and lateral strains measured using the DIC method. Over the entire temperature range, the DIC method demonstrated a higher stability in its accuracy with increasing temperature than that using the extensometer. A sharp change in the slope of Young's modulus as a function of the temperature, starting from the solidus temperature, was detected using the DIC method. Correlations between Young's modulus and temperature in both the solid and semi-solid states were established. Poisson’s ratio as a function of the temperature exhibited a dramatic change near the solidus temperature because of the presence of liquid pockets. The onset brittle temperature of AA6111 alloy in the semi-solid state was estimated to be 550°C based on the critical values of Poisson’s ratio and the shear modulus to bulk modulus ratio. Two AA5182 alloy ingots (A and B) were cast at different casting speeds of 60 and 75 mm/min. A comprehensive investigation was conducted, encompassing microstructural analysis of the subsurface and bulk regions, along with tensile testing near the solidus temperature in the range of 520-580°C and with two strain rates (10-4 s-1 and 10-3 s-1). Microstructural analysis revealed the equiaxed grain structure throughout ingot A, whereas ingot B exhibited a transition from equiaxed structure in the subsurface to columnar grain structure in the bulk region. Regarding intermetallic phases, the ingot A showed predominant Al₆(Fe,Mn), whereas the ingot B exhibited a high amount of needle-like Al₃Fe. Consequently, ingot A exhibited superior semisolid tensile properties compared to ingot B at given test temperatures. The difference between the two ingots became pronounced at the low strain rate of 10-4 s-1. The values of the brittle temperature range (BTR) in ingot B were larger than those in ingot A. An assessment of hot tearing susceptibility (HTS) using BTR criterion revealed that the HTS in ingot B was higher than in ingot A, which was confirmed by the occurrence of large transverse macrocrack during direct chill casting of ingot B.
Les propriétés en traction des alliages d’aluminium ouvrés à l'état semi-solide sont significatives pour comprendre le comportement de solidification de tels alliages et explorer les raisons des défauts de coulée. Plusieurs défis doivent être surmontés pour mesurer avec précision les propriétés en traction des alliages à l'état semi-solide, à savoir les grands gradients thermiques, les fluctuations de charge et les mesures de la déformation. La bonne conception de l’éprouvette de traction, le choix d’une nouvelle méthode de calcul de la contrainte basée sur le déplacement de la jauge L et la mesure de la déformation à l’aide de la méthode de corrélation d’image numérique ont été les principaux outils de cette étude pour surmonter tous les défis. Ce projet a porté sur l’utilisation des propriétés en traction des alliages à l'état semisolide pour évaluer la susceptibilité à la déchirure à chaud pendant le processus de coulée par refroidissement direct. Pour atteindre cet objectif, deux paramètres ont été étudiés : la composition chimique et la vitesse de coulée. De plus, l’efficacité de cette nouvelle méthode a été évaluée en fonction de sa précision à mesurer les propriétés élastiques. Les propriétés en traction des alliages AA6111 (A et B) è l'état semi-solides ont été étudiées. Les teneurs en Cu, Mn et Si de l’alliage A sont supérieures à celles de l’alliage B. Les microstructures des alliages ont été analysées avant les essais de traction et après la rupture par traction. Des essais de traction isotherme ont été effectués à des températures étudiée a été de 510, 520, 535, 552, 564 et 580 °C pendant 1 h pour étudier la porosité/formation de vide dans les deux alliages. La plage de température de 450 à 580 °C avec un taux de déformation de 10-4s-1. La déformation pendant les essais de traction a été mesurée à l’aide de la méthode de corrélation d’image numérique pour obtenir des courbes de contrainte-déformation fiables. Les résultats ont montrés que la résistance à la traction des alliages diminuait progressivement à zéro avec l’augmentation de la température pour arriver à la température de contrainte zéro, tandis que les contraintes à la rupture diminuaient fortement avec l’augmentation de la température jusqu’à la température de ductilité zéro (ZDT). De plus, la déformation à la rupture de l’alliage B à n’importe quelle température d’essai était plus élevée que celle de l’alliage A. Des critères non mécaniques et mécaniques de déchirure à chaud ont été utilisés pour étudier les susceptibilités à la déchirure à chaud (HTSs) des alliages. Compte tenu du critère mécanique, la ZDT et la plage de température fragile de l’alliage A étaient respectivement inférieures et supérieures à celles de l’alliage B, ce qui indique que le HTS index de l’alliage A était supérieur à celui de l’alliage B. Les propriétés élastiques de l’alliage AA6111 à refroidissement direct ont été déterminées au cours de la phase de déchargement de l’essai de traction cyclique sur un large éventail de températures (25 à 550 °C), et une attention particulière a été accordée aux températures élevées près du solides. Le module de Young a été calculé à partir de Mesures macroscopiques et localisées de la deformation , qui ont été faites à l’aide d’un extensomètre et d’une méthode de corrélation d’image numérique (DIC). Le coefficient de Poisson a été déterminé en fonction des tensions axiales et latérales localisées mesurées à l’aide de la méthode de corrélation d’image numérique ont été les principaux outils de cette étude pour surmonter tous les défis. Ce projet a porté sur l’utilisation des propriétés en traction des alliages à l'état semisolide pour évaluer la susceptibilité à la déchirure à chaud pendant le processus de coulée par refroidissement direct. Pour atteindre cet objectif, deux paramètres ont été étudiés : la composition chimique et la vitesse de coulée. De plus, l’efficacité de cette nouvelle méthode a été évaluée en fonction de sa précision à mesurer les propriétés élastiques. Les propriétés en traction des alliages AA6111 (A et B) è l'état semi-solides ont été étudiées. Les teneurs en Cu, Mn et Si de l’alliage A sont supérieures à celles de l’alliage B. Les microstructures des alliages ont été analysées avant les essais de traction et après la rupture par traction. Des essais de traction isotherme ont été effectués à des températures étudiée a été de 510, 520, 535, 552, 564 et 580 °C pendant 1 h pour étudier la porosité/formation de vide dans les deux alliages. La plage de température de 450 à 580 °C avec un taux de déformation de 10-4s-1. La déformation pendant les essais de traction a été mesurée à l’aide de la méthode de corrélation d’image numérique pour obtenir des courbes de contrainte-déformation fiables. Les résultats ont montrés que la résistance à la traction des alliages diminuait progressivement à zéro avec l’augmentation de la température pour arriver à la température de contrainte zéro, tandis que les contraintes à la rupture diminuaient fortement avec l’augmentation de la température jusqu’à la température de ductilité zéro (ZDT). De plus, la déformation à la rupture de l’alliage B à n’importe quelle température d’essai était plus élevée que celle de l’alliage A. Des critères non mécaniques et mécaniques de déchirure à chaud ont été utilisés pour étudier les susceptibilités à la déchirure à chaud (HTSs) des alliages. Compte tenu du critère mécanique, la ZDT et la plage de température fragile de l’alliage A étaient respectivement inférieures et supérieures à celles de l’alliage B, ce qui indique que le HTS index de l’alliage A était supérieur à celui de l’alliage B. Les propriétés élastiques de l’alliage AA6111 à refroidissement direct ont été déterminées au cours de la phase de déchargement de l’essai de traction cyclique sur un large éventail de températures (25 à 550 °C), et une attention particulière a été accordée aux températures élevées près du solides. Le module de Young a été calculé à partir de Mesures macroscopiques et localisées de la deformation , qui ont été faites à l’aide d’un extensomètre et d’une méthode de corrélation d’image numérique (DIC). Le coefficient de Poisson a été déterminé en fonction des tensions axiales et latérales localisées mesurées à l’aide de la méthode DIC. Sur toute la plage de température, la méthode DIC a démontré une plus grande stabilité dans sa précision avec l’augmentation de la température que celle utilisant l’extensomètre. Un changement marqué dans la pente du module de Young en fonction de la température, à partir de la temperature du solidus, a été détecté à l’aide de la méthode DIC. Des corrélations entre le module de Young et la température dans les deux états solide et semi-solide ont été établies. Le coefficient de Poisson en fonction de la température a montré un changement spectaculaire près de la température du solidus en raison de la présence de poches de liquide. La température de fragilisation initiale de l’alliage AA6111 à l’état semi-solide a été estimée à 550 °C selon les valeurs critiques du coefficient de Poisson et du rapport entre le module de cisaillement et le module de compressibilité mécanique. Deux lingots d’alliage AA5182 (A et B) ont été coulés à différentes vitesses de coulée de 60 et 75 mm/min. Une enquête approfondie a été menée, comprenant une analyse microstructurale des régions souterraines et en vrac, avec des essais de traction près de la température des solides dans la plage de 520 à 580 °C et avec deux vitesses de déformation (10-4s-1 et 10-3s-1). L’analyse microstructurale a révélé la structure de grain équixée dans tout le lingot A, tandis que le lingot B présentait une transition de la structure de grain équixée dans le sous-sol à la structure de grain colonnaire dans la région en vrac. En ce qui concerne les phases intermétalliques, le lingot A a montré une prédominance d’Al₆(Fe,Mn), tandis que le lingot B a montré une grande quantité d’Al₃Fe semblable à une aiguille. Par conséquent, le lingot A présentait des propriétés de traction semi-solides supérieures à celles du lingot B à des températures d’essai données. La différence entre les deux lingots s’est accentuée au faible taux de déformation de 10-4 s-1. Les valeurs de la plage de température fragile (BTR) dans le lingot B étaient supérieures à celles du lingot A. Une évaluation de la sensibilité au déchirement à chaud (HTS) à l’aide du critère BTR a révélé que le HTS du lingot B était supérieur à celui du lingot A, ce qui a été confirmé par l’apparition d’une grande macrofissure transversale lors de la coulée de refroidissement direct du lingot B
Fabrication and characterization of a regenerative superhydrophobic silicone-based coating for electrical insulators
Get PDFElectrical power systems, and more specifically electrical insulators are vulnerable to losing their functionality in severe meteorological conditions. Accumulation of ice or pollution can harm the electrical insulators. A layer of pollution can lead to accumulation of a conductive layer on top of the insulator. The contaminated high-voltage insulator in wet conditions could lead into a leakage current which flows through the surface of the insulator. This layer of conductive material on the insulator can lead to flashover which could result in the breakdown of the insulator. Therefore, anti-icing and self-cleaning coatings could be of great interest for electrical insulators. Superhydrophobic coatings have the potential to be used for anti-icing and self-cleaning properties. A lot of researchers have been focused on superhydrophobicity, yet most of the research carried out in this domain lack durability studies and the developed coatings have small life spans under harsh environmental conditions. Regenerative superhydrophobic coatings could solve this problem. These coatings will regain their superhydrophobicity after being ruptured or degraded. This research aims to fabricate silicone-based regenerative superhydrophobic coatings and study their durability and consequently their potential applications in electrical insulators. With that said, a superhydrophobic coating containing hydrophobic aerogel microparticles and polydimethylsiloxane modified silica nanoparticles within a PDMS based matrix containing Trifluoropropyl POSS (F-POSS) and Xiamater PMX-series silicone oil as superhydrophobicity regenerating agents were fabricated by spin-coating method. The fabricated coating showed a contact angle of 169.5° and a contact angle hysteresis of 6°. The self-cleaning ability of the developed coating was attested and studied by dry contamination test. The superhydrophobicity regeneration of the developed coating was also put at the test by plasma deterioration and various pH immersions. The developed regenerative superhydrophobic coating showed promising performance in both tests compared to the reference samples. The developed regenerative coatings lasted longer in various pH environments before losing their superhydrophobicity and regained their superhydrophobicity after the loss. These samples were able to regain their superhydrophobicity after the loss of superhydrophobicity due to plasma deterioration, which was not the case for the reference samples. The surface topography and chemical composition of the coating were observed via Profilometry, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Additionally, the coating presented icephobic properties. The ice adhesion measurement of the developed coating was examined by ice push-off test and centrifuge test and evaluated by repeating the test in cycles to demonstrate the regeneration ability of the developed coating. A graphical abstract of the principle of the current research is presented in (Figure 2).
L'équipement électrique et plus spécifiquement les isolateurs sont plus vulnérables de perdre leur efficacité dans des conditions météorologiques sévères. L'accumulation de glace ou de pollution peut endommager les isolateurs électriques. Une couche de polluants peut mener à l'accumulation d'une pellicule conductrice sur les isolants. Les isolateurs haut tension contaminés, dans des conditions humides peuvent mener à une fuite de courant électrique qui se répandra sur la surface de l'isolateur. Cette couche de matériaux conducteurs accumulée sur l'isolateur peut mener à contournement électrique qui peut résulter en une perte totale de l'isolateur. Par conséquent, les revêtements anti-givrage et auto-nettoyants pourraient profiter aux isolateurs électriques. Les revêtements superhydrophobes ont le potentiel d'être utilisés pour leurs propriétés anti-givrantes et auto-nettoyantes. Plusieurs chercheurs ont mené des travaux sur la superhydrophobicité. Malgré cela, la plupart des recherches menée dans ce domaine manque à montrer la durabilité des revêtements qui ont une courte durée de vie en conditions environnementales difficiles. Les revêtements superhydrophobes régénératifs peuvent résoudre ce problème. Ces revêtements récupèrent leur superhydrophobicité après avoir été endommagés ou dégradés. Cette recherche a pour but de concevoir des revêtements superhydrophobes régénératifs à base de silicone et d'étudier leur durabilité et, par conséquence, leur potentielle utilité pour les isolateurs électriques. Cela dit, un revêtement superhydrophobe contenant des microparticules et des nanoparticules dans une matrice à base de PDMS contenant du trifluoropropyl POSS (F-POSS) et de l'huile de silicone en tant qu'agents de régénération de la superhydrophobicité a été fabriqué par méthode de revêtement par centrifugation. Le revêtement fabriqué présentait un angle de contact de 169,5° et une hystérésis d'angle de contact de 6°. La capacité autonettoyante du revêtement développé a été testée et étudiée par un test de contamination sèche. La régénération de la superhydrophobicité du revêtement développé a également été mise à l'épreuve par la détérioration du plasma et l'immersion à solution divers de pH. Le revêtement superhydrophobe régénératif développé a montré des performances prometteuses dans les deux tests par rapport aux échantillons de référence. Les revêtements régénératifs développés ont duré plus longtemps dans divers environnements de pH avant de perdre leur superhydrophobicité et de retrouver leur superhydrophobicité après la perte. Ces échantillons ont pu retrouver leur superhydrophobicité après la perte de superhydrophobicité due à la détérioration du plasma, ce qui n'était pas le cas pour les échantillons de référence. La topographie de surface et la composition chimique du revêtement ont été observées par profilométrie, microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). De plus, le revêtement présentait des propriétés glaçiophobes. La mesure d'adhésion à la glace du revêtement développé a été examinée par le test de poussée de glace et le test de centrifugation et évaluée en répétant le test par cycles pour démontrer la capacité de régénération du revêtement développé. Un résumé graphique du principal du travail effectué dans cette recherche est présenté dans (Figure 1)
Croissance et rendement de plantations sur parcs à résidus miniers restaurés au Québec
Get PDFL’industrie minière génère de grandes quantités de résidus fins qui sont disposés dans des parcs à résidus miniers. Ces derniers représentent d’importants enjeux environnementaux et, au Québec (Canada), la Loi sur les mines oblige les compagnies d’exploitation minière à procéder à une mise en végétation de leurs parcs à résidus. Afin de répondre aux exigences du Gouvernement québécois, une majorité des industriels miniers ensemencent des espèces herbacées sur leurs parcs à résidus. Toutefois, dans un contexte de restauration et un processus d’atténuation des changements climatiques, Niobec Inc. et ArcelorMittal Exploitation minière Canada s.e.n.c., deux compagnies d’exploitation minière, désirent mettre en végétation leurs parcs à résidus avec des espèces ligneuses afin de permettre une séquestration biologique du carbone à long terme et de, potentiellement, générer des crédits carbone compensatoires. L’objectif de la présente étude était d’établir les courbes de croissance et de rendement spécifiques des éventuelles mises en végétation, avec des pins gris (Pinus banksiana Lamb.), des parcs à résidus de la mine Niobec (Saint-Honoré, Québec, Canada) appartenant à Niobec Inc. et de l’ancienne mine du Lac Jeannine (Gagnon, Québec, Canada) appartenant à ArcelorMittal ainsi que des éventuelles mises en végétation, avec des épinettes noires (Picea mariana (Mill.) B.S.P.), des parcs à résidus de l’ancienne mine du Lac Jeannine et de la mine de Mont-Wright (Fermont, Québec, Canada) appartenant à ArcelorMittal. Pour les deux premiers sites, la croissance ligneuse – sous forme de volume cumulé – a été estimée à partir des analyses de tiges des arbres dominants d’essais de végétalisation réalisés, à petite échelle, sur chacun des deux parcs à résidus. Le rendement ligneux – sous forme de volume marchand brut ; pour une densité arborescente de 2 000 tiges?ha-1 – a, quant à lui, été évalué à partir de modèles créés à l’aide des données de la mise à jour des tables de rendement québécois du manuel d’aménagement forestier du Ministère des Ressources naturelles du Québec. Les deux parcs à résidus appartenant à ArcelorMittal possédant des résidus similaires, générés par l’exploitation de fer, la croissance et le rendement ligneux du dernier site ont été modélisés à partir des données de croissance et de rendement des épinettes noires se trouvant sur le parc à résidus de l’ancienne mine du Lac Jeannine, sur un site naturel à proximité de ce parc et sur des sites naturels à proximité du parc à résidus de la mine de Mont-Wright. Les résultats obtenus montrent que la croissance et le rendement ligneux étaient différents pour chaque essence et propres à chacun des trois parcs à résidus miniers se distinguant les uns des autres par des conditions climatiques et édaphiques spécifiques. Les pins gris qui seront éventuellement mis en terre dans le cadre d’un boisement de la mine Niobec pourraient avoir un rendement potentiel comparable à celui de plantations de pin gris se trouvant sur des sites naturels québécois. Les pins gris et les épinettes noires qui seront éventuellement mis en terre dans le cadre d’un boisement de l’ancienne mine du Lac Jeannine et de la mine de Mont-Wright pourraient, quant à eux, présenter un rendement potentiel inférieur à celui de plantations de pin gris et d’épinette noire se trouvant sur des sites naturels québécois. Ce rendement pourrait davantage être comparable à celui de peuplements québécois naturels purs et réguliers de pin gris et d’épinette noire. Maintenant que les courbes de rendement ligneux d’éventuelles végétalisations des trois parcs à résidus miniers étudiés ont été construites, elles pourront servir, notamment, à évaluer la séquestration biologique du carbone sur ces parcs et les bénéfices que les compagnies minières pourront en tirer
Migrer sans pattes ni ailes? Le défi de la migration assistée des arbres
No full textLe climat en rapide changement présente de nombreux défis à affronter pour assurer la durabilité des écosystèmes forestiers. La migration assistée est un outil qui permet de faire face à ces enjeux
Icephobicity and electrical assessment of slippery coating impregnated with a stabilized hydroxyl-terminated lubricant for high voltage insulation application
Get PDFIn cold climate conditions, insulators are subjected to ice accretion that could affect their electrical performance and consequently lead to power outages. Besides icing, other outdoor factors, such as UV, rain, and pollution, could influence their electrical insulation efficiency. Slippery liquid-infused coatings have attracted great attention due to their icephobic applications. However, the problems caused by lubricant depletion could restrict their service time and thus limit their applications. Here, lubricant-loaded carrier (LLC) powders were first, obtained by applying negative pressure through a three-step procedure. Then, hydroxyl-terminated silicone oil carriers were impregnated into a blend of polydimethylsiloxane (PDMS) and alkoxy-siloxane resin. The fabricated coatings exhibited long-lasting icephobic characteristics, resulting in reduced amount of ice accumulated on the surfaces. This reduction in ice adhesion is related not only to the slippery behavior of the coatings but also the formation of unfrozen hydrogen-bonded molecules. The coatings exhibited desired stability against weathering conditions, such as UV exposure and humidity. The electrical characteristics of the prepared coatings were evaluated using dielectric spectroscopy, flashover, condensation, and inclined plane tests. Accordingly, the coatings containing lubricant-loaded carriers showed increased flashover voltage in dry, wet, and polluted states and reduced leakage currents in the condensation test
Soil friction coefficient estimation using CNN included in an assistive system for walking in urban areas
Get PDFWe present a smartphone-based solution to help visually impaired people autonomously navigate in urban environments. Contrary to previous works in the literature, the newly proposed system in this paper aims to determine the coefficient of friction (COF) of a soil for aiding in the safe movement of blind and visually impaired people (BVIP). Through convolutional neural networks (CNNs) trained to output this measure, our new investigation then offers the possibility of predicting a risk of falling in their next step by determining the maximum static friction force of the ground. Indeed, a commercial smartphone’s camera captures the video of the ground and sends frame as inputs to the CNN model for image segmentation and COF computation. We validated our proposed model in real experiments carried out on 8 types of soils, while also experimenting different CNN models and different optimizers. The proposed ResNet50 CNN-based system provides an accuracy of 96% in the classification of soil type, enabling to guide visually impaired persons. Combined with the associated COF of the soil type, it’s possible to estimate a risk of fall (stick or slip) for the next step in the front of the user from the past measured interaction force (using an instrumented insole) between the soil and the sole. Traditional navigation approaches do not consider the soil characteristics such as COF to guide blind and visually impaired person
Modeling the fate of viruses in aquifers: Multi-kinetics reactive transport, risk assessment, and governing parameters
No full textThe transport of viruses in groundwater is a complex process controlled by both hydrodynamic and reaction parameters. Characterizing the transport of viruses in groundwater is of crucial importance for investigating health risks associated with groundwater consumption from private individual or residential pumping wells. Setback distances between septic systems, which are the source of viruses, and pumping wells must be designed to offer sufficient groundwater travel times to allow the viral load to degrade sufficiently to be acceptable for community health needs. This study consists of developing numerical simulations for the reactive transport of viruses in the subsurface. These simulations are validated using published results of laboratory and field experiments on virus transport in the subsurface and applying previously developed analytical solutions. The numerical model is then exploited to investigate the sensitivity of the fate of viruses in saturated porous media to hydraulic parameters and the coefficients of kinetic reactions. This sensitivity analysis provides valuable insights into the prevailing factors governing health risks caused by contaminated water in private wells in rural residential contexts. The simulations of virus transport are converted into health risk predictions through dose–response relationships. Risk predictions for a wide range of input parameters are compared with the international regulatory health risk target of a maximum of 10−4 infections/person/year and a 30 m setback distance to identify critical subsurface contexts that should be the focus of regulators
Power Transformers OLTC Condition Monitoring Based on Feature Extraction from Vibro-Acoustic Signals: Main Peaks and Euclidean Distance
Get PDFThe detection of On-Load Tap-Changer (OLTC) faults at an early stage plays a significant role in the maintenance of power transformers, which is the most strategic component of the power network substations. Among the OLTC fault detection methods, vibro-acoustic signal analysis is known as a performant approach with the ability to detect many faults of different types. Extracting the characteristic features from the measured vibro-acoustic signal envelopes is a promising approach to precisely diagnose OLTC faults. The present research work is focused on developing a methodology to detect, locate, and track changes in on-line monitored vibro-acoustic signal envelopes based on the main peaks extraction and Euclidean distance analysis. OLTC monitoring systems have been installed on power transformers in services which allowed the recording of a rich dataset of vibro-acoustic signal envelopes in real time. The proposed approach was applied on six different datasets and a detailed analysis is reported. The results demonstrate the capability of the proposed approach in recognizing, following, and localizing the faults that cause changes in the vibro-acoustic signal envelopes over time