8604 research outputs found
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Analysis of Breakdown Voltage of Low Pour Point Synthetic Ester Insulating Liquids under Lightning Impulse Voltage of both Polarities
Get PDFIn this article, lightning impulse breakdown behaviour of two low pour point synthetic ester liquids is presented in comparison to a typical synthetic ester at both positive and negative polarities. Traditional mineral insulating oil has been also considered for reference purposes. A detailed breakdown behaviour analysis of the four test liquids under a non-uniform field (medium gap, point-plane electrode system) and quasi-uniform field (smaller gap, U-plane electrode system) is envisaged. The lightning impulse breakdown measurements based on the source voltage waveforms and light activity during the discharge process are presented. The Weibull breakdown failure rates and streamer velocity during the breakdown of different liquids for all the cases (+/- polarities and both electrode configurations) are reported in support of the discussions. In the case of non-uniform fields, the lightning breakdown voltage of the low pour point liquids is found to be higher than typical synthetic esters and is comparable to mineral oil under both polarities. While in the case of quasi-uniform field, the lightning breakdown voltage of the low pour point liquids is found to be lower than mineral oil and comparable to the typical synthetic ester under both polarities. These findings add to limited knowledge on the application of esters in cold countries and allow insulation designers to estimate the behaviour of the low pour point synthetic ester liquids under lightning conditions
A tale of two seasons: Distinct seasonal viral communities in a thermokarst lake
Get PDFThermokarst lakes are important features of subarctic landscapes and are a substantial source of greenhouse gases, although the extent of gas produced varies seasonally. Microbial communities are responsible for the production of methane and CO2 but the “top down” forces that influence microbial dynamics (i.e., grazers and viruses) and how they vary temporally within these lakes are still poorly understood. The aim of this study was to examine viral diversity over time to elucidate the seasonal structure of the viral communities in thermokarst lakes. We produced virus-enriched metagenomes from a subarctic peatland thermokarst lake in the summer and winter over three years. The vast majority of vOTUs assigned to viral families belonged to Caudovirales (Caudoviricetes), notably the morphological groups myovirus, siphovirus and podovirus. We identified two distinct communities: a dynamic, seasonal community in the oxygenated surface layer during the summer and a stable community found in the anoxic water layer at the bottom of the lake in summer and throughout much of the water column in winter. Comparison with other permafrost and northern lake metagenomes highlighted the distinct composition of viral communities in this permafrost thaw lake ecosystem
The western tubenose goby (Proterorhinus semilunaris Heckel, 1837) is expanding its range into the St. Lawrence River: first record in Quebec
Get PDFThe invasive western tubenose goby (Proterorhinus semilunaris) was introduced in the Great Lakes in the 1990s. Since then, its range slowly expanded downstream into Ontario’s portion of the St. Lawrence River. This rapid communication reports on the first occurrence of a western tubenose goby found in Lake St. Francis (St. Lawrence River, Quebec) in August 2022. The specimen, the study area and the sampling methodology are described while hypotheses about its presence and expansion are explored
Reinforced PDMS elastomer nanocomposites: effectiveness of in-situ nano-silica content on flashover voltage and treeing phenomena
No full textLarge interfacial surface area between the inorganic particles and the polymer matrix has made nanocomposites an interesting composition for a wide range of applications including high-voltage insulating materials. However, nanofiller dispersion is challenging and there is always a specific percolation threshold that narrows the particle content in a polymer dispersion. This research attempt to benefit the in situ silica precipitation technique to avoid all problems associated with nanoparticle dispersion and furthermore introduce a technique to increase the nano-silica content. In this regard, elastomeric silicone nanocomposites loaded with various amount of nano-silica, low to high, is fabricated. It is revealed that the nanocomposite loaded with a high quantity of nano-silica particles exhibited high thermal stability and heat resistivity. Utilized as a coating, this nanocomposite could successfully increase the flashover voltage and present less damage after electrical discharges. Moreover, the electrical treeing investigation illustrates a different distribution of tree structure depending on nano-silica content which could be beneficial in diverse electrical insulating applications
Development of a dynamic ice penetration model for runway de-icing products through performance experimental characterization
No full textDuring winter, the clear runway concept is crucial to airports for maintaining passenger and employee safety. Research can optimize de-icing product application rates, thereby reducing costs and environmental impact. Currently, three aerospace standards exist for evaluating the performance of runway de-icing products. These comparative tests—ice melting, ice undercutting, and ice penetration tests—are carried out jointly in a systematic way and indicate whether a runway de-icing product is effective in actively reducing the presence of ice. Here we present a numerical model for the ice penetration method, for fluid runway de-icing product, with the goal of deepening the knowledge in this field. We apply a series of laboratory-based tests to measure the performance of runway de-icing products, and develop a new model to analyze the behavior of each product. The principal observation is that the product is more effective at 1 min and effectiveness decreases following an inverse logarithmic curve trend to 30 min. Through modeling, we observe that the dominant mode of heat transfer is natural laminar convection, and the model predicts a uniform melt length for the entire tube section. Thus, simplified ice penetration modeling using AS6211 can acceptably predict the rate of ice penetration as a function of time (mm/min), with the modeling confirmed by our experimental results. The future application of our simplified model to other existing de-icing fluid characterization test methods could identify the effects of diluted or undiluted solid runway de-icing products on ice penetration rates and ultimately on spreading rates
Development of a damage simulator for seismic vulnerability assessment of electrical installations
Get PDFOver recent years, seismic losses are increasing in terms of magnitude and frequency, thereby severely affecting societies and economies. The increase in seismic losses is mainly due to the rapid growth of exposure and population in earthquake-prone areas worldwide. Recent earthquakes revealed the vulnerability of electric power networks to seismic events. To assess the seismic vulnerability of transmission towers and substations, a user-friendly damage simulator that combines three major components, namely, seismic hazard including local site conditions, inventory of exposed towers, substations and respective vulnerabilities, is developed in this thesis. Firstly, a critical review of existing methods for seismic risk analysis and software is conducted to determine important parameters in the development of the damage simulator. Then, the main advantages and inconveniences of each software are highlighted. The computation starts with the selection and calculation of the deterministic or probabilistic seismic hazard input parameters and the evaluation of the site effects. A major step in the development of this damage simulator is incorporating the effects of local geological and geotechnical conditions. The shear wave velocity (??) of the top 30 m (??30) and often the fundamental site period (?0) are then used as predictors of potential amplification. Recognizing that the uncertainties of local soil properties inevitably affect the seismic site response, a stochastic approach for evaluating ??30and ?0is proposed, considering a combination of probabilistic ??–depth correlations with a probabilistic 3D geological model. Monte Carlo (MC) simulations are applied to study the influence of the uncertainties on the seismic site characterization model. The application uses open-source software without any financial cost to users. The computation starts with the selection and calculation of the deterministic or probabilistic seismic hazard input parameters and the evaluation of the site effects. Spectral accelerations at the fundamental period of vibration of transmission towers and peak ground acceleration for substations are considered as the intensity measures (IMs) of the transitory seismic shaking. The probabilistic assessment incorporates uncertainties of the hazard parameters. The epistemic uncertainty is addressed through the logic tree approach introduced in the latest National Building Code of Canada (NBCC2020), whereas the aleatory uncertainty is captured by enabling the MC analysis option. The variability in the damage measure is captured through the application of the MC method to the damage states of the electrical installation structure as it is subjected to the applied IMs. To illustrate the effectiveness of the developed software, an example of seismic site characterization, hazard assessment, and vulnerability analysis of electric transmission installations of Hydro-Quebec in the Saguenay region, Canada, is presented.
Ces dernières années, les pertes sismiques augmentent en termes d'ampleur et de fréquence, affectant ainsi gravement les sociétés et les économies. L'augmentation des pertes sismiques est principalement due à la croissance rapide des infrastructur et de la population dans les zones à risque sismique à travers le monde. Les récents séismes ont révélé la vulnérabilité des réseaux électriques aux événements sismiques. Cette thèse a pour but de développer un simulateur de dommages pour évaluer la vulnérabilité sismique des pylônes et des postes de transmission. Ce simulateur combine trois composantes majeures : l’aléa sismique comprenant les conditions locales du site, l'inventaire des pylônes, des postes exposés et leurs vulnérabilités respectives. Tout d'abord, une revue critique des méthodes existantes d'analyse des risques sismiques et des logiciels est réalisée afin d'identifier les paramètres importants dans le développement du simulateur de dommages. Les avantages et les inconvénients de chaque logiciel sont mis en évidence. Le processus de calcul débute par la sélection et le calcul des paramètres d'entrée déterministes ou probabilistes de l’aléa sismique, ainsi que l'évaluation des effets du site. Une étape crucial dans le développement de ce simulateur de dommages est l'intégration des impacts des conditions géologiques et géotechniques locales. Les valeurs de la vitesse de cisaillement (Vs) sur les 30 premiers mètres (Vs30) et souvent la période fondamentale du site (T0) sont ensuite utilisées comme des indicateurs de l'amplification potentielle. Étant donné que les incertitudes liées aux propriétés locales des sols affectent inévitablement la réponse sismique du site, une approche stochastique pour évaluer (Vs30) et (T0) est également proposée. Cette approche tient compte des combinaisons de corrélations probabilistes de Vs-profondeur avec un modèle géologique tridimensionnel probabiliste. Des simulations avec la méthode statistique de Monte-Carlo sont également appliquées afin d’étudier l'impact des incertitudes sur le modèle de caractérisation sismique du site. L'application utilise des logiciels open-source sans aucun coût financier pour les utilisateurs. Les accélérations spectrales à la période fondamentale de vibration des pylônes de transmission et accélération maximale du sol pour les postes électriques sont considérées comme les mesures d'intensité (IMs) pour évaluer la secousse sismique transitoire. Le processus d'évaluation probabiliste intègre les incertitudes associées aux paramètres d'aléa sismique. L'incertitude épistémique est traitée à l'aide de l'approche d'arbre logique introduite dans la dernière édition du Code national du bâtiment du Canada (NBCC2020), tandis que l'incertitude aléatoire est prise en compte grâce à l'analyse statistique de Monte Carlo. La variabilité de la mesure des dommages est capturée grâce à l'application de la méthode MC aux états de dommages de la structure de la tour, alors qu'elle est soumise aux IMs appliquées. Pour démontrer l'efficacité du logiciel développé, un exemple de caractérisation du site sismique, d'évaluation de l’aléa et d'analyse de la vulnérabilité est présenté pour les pylônes et les postes de transmission électrique d'Hydro-Québec dans la région du Saguenay, au Canada. Cette étude de cas illustre l'application pratique de la méthodologie proposée
Le cycle solastalgique : récit des transformations de l’identité environnementale dans le design d’expériences
Get PDFCe mémoire explore mon identité environnementale via une démarche autoethnographique de recherche-création, dans la création d’oeuvres inspirées de la solastalgie. Ma rencontre avec Roger Wylde a questionné mon identité d'allochtone, m'amenant à réaliser notre lien inextricable avec la nature. J'ai alors reconnecté avec mon identité, reconnaissant la solastalgie qui m'habite face aux paysages de mon enfance. Cette émotion, associée aux nombreuses manifestations de l’éco-anxiété a d’ailleurs été définie par le philosophe Glenn Albrecht. En art, Louise Boisclair parle d'art écosphérique pour désigner la création liée à la Terre et à la vie qui s’y trouve. Or, dans le cadre de cette recherche-création, je me pose la question suivante : comment la création peut transformer mon rapport à la nature ainsi que mon identité environnementale et par conséquent, transformer les oeuvres qui en découlent ? Pour comprendre la solastalgie et son influence sur la création, j'ai choisi une méthodologie auto-ethnographique de recherche-création, mettant l'accent sur mon expérience personnelle. Ce choix me permet de consigner l'évolution de mon identité environnementale. En utilisant des archives photographiques personnelles, l'apprentissage automatique ainsi que d’autres outils technologiques, j'explore la transformation de mon identité environnementale. À ce jour, trois oeuvres ont été réalisées sous forme d’expériences immersives et esthétiques, et le processus de création se poursuit. La première œuvre est un bâton de parole augmenté, utilisé comme interface tangible durant une performance. La seconde création est une installation audio-visuelle immersive, conçue pour véhiculer mon sentiment de solastalgie. La troisième oeuvre est une série triptyque d’archives, transformée par l’application de techniques d’apprentissage automatique. Ma pratique artistique, basée sur la connexion à l'environnement, à autrui et à moimême, lie intrinsèquement l'objet de création à son milieu et à sa créatrice. Ce processus de recherche-création, reflétant ma transformation, façonne mon approche du design et de la création de manière holistique.
This work explores my environmental identity through an auto-ethnographic approach of research-creation in the creation of artworks inspired by solastalgia. My encounter with Roger Wylde questioned my identity, leading me to realize our inextricable link with nature. I then reconnected with this identity, acknowledging the solastalgia that inhabits me in the face of the landscapes of my childhood. This emotion, associated with many manifestations of eco-anxiety, was indeed defined by philosopher Glenn Albrecht. In art, Louise Boisclair talks about ecospheric art to designate creation related to Earth and the life it harbors. Hence, within this research-creation, I ask myself: how can creation transform my relationship with nature as well as my environmental identity and consequently, transform the works that result from it? To understand solastalgia and its influence on creation, I chose an auto-ethnographic methodology of research-creation, emphasizing my personal experience. This choice allows me to record the evolution of my environmental identity. Using personal photographic archives, machine learning, and other technological tools, I explore the transformation of my environmental identity. To date, three works have been created in the form of immersive and aesthetic experiences, and the creative process continues. The first work is an augmented speaking stick, used as a tangible interface during a performance. The second creation is an immersive audio-visual installation, designed to share my feeling of solastalgia. The third work is a triptych series of archives, transformed by the application of machine learning techniques. My artistic practice, based on the connection to the environment, others, and myself, intrinsically links the object of creation to its environment and its creator. This research-creation process, reflecting my transformation, shapes my approach to design and creation in a holistic way
Elevated-temperature mechanical, creep and fatigue behavior of aluminum-copper cast aluminum alloys
Get PDFAluminum cast alloys have gained extensive utilization within the automotive industry as substitutes for gray cast iron in the fabrication of crucial combustion engine components, including engine blocks and cylinder heads. Notably, Al–Cu cast alloys have garnered substantial attention for their applications in internal combustion engines due to their high strength-to-weight ratio and superior mechanical performance, both at ambient and elevated temperatures. However, the ongoing advancements in engine technology necessitate operation under elevated conditions, including high operating temperatures (~300 ℃) and enhanced combustion pressures (~200 bar). Consequently, this arises a need to further enhance the elevated-temperature performances, encompassing strength, resistance to creep, and fatigue endurance, of Al-Cu alloys to align with the evolving demands of future engines. Recent investigations have revealed that the high-temperature properties of Al-Cu alloys can be significantly improved by microalloying. Hence, this project focuses on the incorporation of microalloying elements, specifically magnesium and transition elements (titanium, zirconium, vanadium), to comprehensively investigate their influence on the elevated-temperature properties of Al-Cu 224 cast alloys. In the first part, the influence of microalloying with Mg (0–0.36 wt.%) on the elevated-temperature strength and creep resistance of Al-Cu 224 cast alloys was investigated. The Mg-containing alloys yielded finer and denser θ′ precipitates after high-temperature stabilization (300 ℃/100 h) than the Mg-free alloy, which improved the yield strength at both room temperature and 300 ℃. Compressive creep tests were conducted at 300 ℃ over a wide range of the applied stresses (45–100 MPa). The results showed that the creep resistance increased with increasing Mg content at any fixed applied stress, and the alloy with 0.36 wt.% Mg exhibited the best creep resistance among the four alloys studied. During creep deformation, the θ′ precipitates continued to coarsen. However, Mg microalloying greatly stabilized the θ′ precipitates in the matrix by slowing down the coarsening process. An obvious break was observed in the creep rate curves with different stress exponents (n). Below the break in the low-stress regime (LSR), stress exponent (n) was ~ 3, whereas it increased to 9-12 above the break in the high-stress regime (HSR). In the LSR, the creep was controlled by the dislocation climbing, and it transformed into the Orowan looping in the HSR. In the second part, the effects of individual and combined additions of transition elements (TEs) Zr, Ti, and V on the microstructure evolution and elevated-temperature mechanical and creep properties of Al-Cu 224 cast alloys were investigated. All alloys had a mixed precipitate microstructure of θʺ- and θʹ-Al2Cu after T7 heat treatment. During the thermal exposure at 300 ℃, θʺ transferred into θʹ as the predominant strengthening phase. The coarsening resistance of θʹ during the thermal exposure and further creep deformation was greatly improved by the addition of TEs. Individually, Zr addition demonstrated the best efficiency in stabilizing θʹ, while the combination of Zr + V and Ti + Zr + V achieved the highest efficiency. The addition of TEs generally improved the yield strength (YS) at 300 ℃, and the ZrV and TiZrV alloys achieved the highest YS. A close correlation between the YS and the distribution and thermal stability of θʹ was observed. The creep resistance at elevated temperatures was affected by the thermal stability of θʹ and grain size. Zr-containing alloys (ZrV, Zr, and TiZrV) exhibit superior creep resistance. In terms of comprehensive properties, the combined addition of TiZrV alloy exhibited the best elevated-temperature performance. In the third part, the effects of Mg addition on the cyclic deformation and fatigue life behaviors of Al-Cu 224 cast alloys were investigated under isothermal low cycle fatigue (LCF) at 300 ℃ and out-of-phase thermo-mechanical fatigue (OP-TMF) in the temperature range 60–300 ℃. The results show that all tested alloys experienced cyclic softening during both LCF and OP-TMF, whereas the softening ratio of Mg-containing alloys was lower than that of the base alloy free of Mg because of the lower coarsening rate of θ'-Al2Cu precipitates. Under both LCF and TMF, near-surface porosity and brittle intermetallic particles were considered sources of crack initiation. TMF lives were inferior to LCF lives under the same strain amplitude because of the combined damage effect of the cyclic mechanical and thermal loadings. Under LCF, the addition of Mg enhanced the fatigue performance because of the co-existing θʺ and θʹ precipitates and the higher thermal resistance of θʹ; under TMF, it led to a slight reduction in fatigue performance. The hysteresis energy model was successfully applied to predict the LCF and TMF lifetimes. The predicted results agree well with the experimentally measured LCF and TMF lifetimes.
Les alliages coulés en aluminium ont gagné une utilisation extensive dans l'industrie automobile en tant que substituts de la fonte grise dans la fabrication de composants cruciaux des moteurs à combustion, y compris les blocs moteurs et les culasses. Notamment, les alliages coulés Al-Cu ont attiré une attention substantielle pour leur application dans les moteurs à combustion interne en raison de leur rapport élevé résistance-poids et de leurs performances mécaniques supérieures, à la fois à température ambiante et à température élevée. Cependant, les avancées continues dans la technologie des moteurs nécessitent un fonctionnement dans des conditions élevées, notamment des températures de fonctionnement élevées (~300 ℃) et des pressions de combustion améliorées (~200 bars). Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer davantage les caractéristiques à température élevée, notamment la résistance, la résistance au fluage et l'endurance à la fatigue, des alliages Al-Cu pour répondre aux exigences évolutives des moteurs futurs. Des enquêtes récentes ont révélé que les propriétés à haute température des alliages Al-Cu peuvent être considérablement améliorées par microalliage. Ainsi, ce projet se concentre sur l'incorporation d'éléments de microalliage, notamment le magnésium et les éléments de transition (titane, zirconium, vanadium), pour examiner de manière approfondie leur influence sur les propriétés à température élevée des alliages coulés Al-Cu 224. Dans la première partie, l'influence du microalliage avec Mg (0-0,36 % en poids) sur la résistance à température élevée et la résistance au fluage des alliages coulés Al-Cu 224 a été étudiée. Les alliages contenant du Mg ont donné des précipités θʹ plus fins et plus denses après une stabilisation à haute température (300 ℃/100 h) que l'alliage sans Mg, ce qui a amélioré la limite d'élasticité à la fois à température ambiante et à 300 ℃. Des tests de fluage en compression ont été menés à 300 ℃ sur une large gamme de contraintes appliquées (45-100 MPa). Les résultats ont montré que la résistance au fluage augmentait avec la teneur croissante en Mg à toute contrainte appliquée fixe, et l'alliage avec 0,36 % en poids de Mg présentait la meilleure résistance au fluage parmi les quatre alliages étudiés. Pendant la déformation de fluage, les précipités θʹ continuaient à grossir. Cependant, le microalliage au Mg stabilisait considérablement les précipités θʹ dans la matrice en ralentissant le processus de grossissement. Une rupture évidente a été observée dans les courbes de taux de fluage avec différents exposants de contrainte (n). En dessous de la rupture dans le régime de faible contrainte (LSR), l'exposant de contrainte (n) était d'environ 3, tandis qu'il augmentait à 9-12 au-dessus de la rupture dans le régime de haute contrainte (HSR). Dans le LSR, le fluage était contrôlé par la montée de la dislocation, et il se transformait en bouclage d'Orowan dans le HSR. Dans la deuxième partie, les effets des ajouts individuels et combinés d'éléments de transition (TE) Zr, Ti et V sur l'évolution de la microstructure et les propriétés mécaniques et de fluage à température élevée des alliages coulés Al-Cu 224 ont été étudiés. Tous les alliages avaient une microstructure de précipités mixtes θʺ- et θʹ-Al2Cu après un traitement thermique T7. Pendant l'exposition thermique à 300 ℃, θʺ se transformait en θʹ en tant que phase de renforcement prédominante. La résistance au grossissement de θʹ pendant l'exposition thermique et la déformation par fluage ultérieure étaient grandement améliorées par l'addition d'ET. Individuellement, l'ajout de Zr a démontré la meilleure efficacité pour stabiliser θʹ, tandis que la combinaison Zr + V et Ti + Zr + V a atteint la plus haute efficacité. L'addition d'ET a généralement amélioré la limite d'élasticité (LE) à 300 ℃, et les alliages ZrV et TiZrV ont atteint la LE la plus élevée. Une corrélation étroite entre la LE et la distribution et la stabilité thermique de θʹ a été observée. La résistance au fluage à des températures élevées a été affectée par la stabilité thermique de θʹ et la taille des grains. Les alliages contenant du Zr (ZrV, Zr et TiZrV) présentent une résistance au fluage supérieure. En termes de propriétés globales, l'addition combinée de l'alliage TiZrV a présenté la meilleure performance à température élevée. Dans la troisième partie, les effets de l'ajout de Mg sur les comportements de déformation cyclique et de durée de vie en fatigue des alliages coulés Al-Cu 224 ont été étudiés lors de la fatigue cyclique isotherme à 300 ℃ et de la fatigue thermomécanique hors phase (OP-TMF) dans la plage de température de 60 à 300 ℃. Les résultats montrent que tous les alliages testés ont subi un ramollissement cyclique à la fois lors de la LCF et de l'OP-TMF, tandis que le rapport de ramollissement des alliages contenant du Mg était inférieur à celui de l'alliage de base sans Mg en raison du taux de grossissement plus faible des précipités θ'-Al2Cu. À la fois en LCF et en TMF, la porosité en surface et les particules intermétalliques cassantes étaient considérées comme sources d'amorçage de fissures. Les durées de vie en TMF étaient inférieures aux durées de vie en LCF pour la même amplitude de contrainte en raison de l'effet combiné des dommages dus aux charges mécaniques et thermiques cycliques. En LCF, l'ajout de Mg a amélioré les performances en fatigue en raison de la coexistence des précipités θʺ et θʹ et de la résistance thermique supérieure de θʹ; en TMF, il a conduit à une légère réduction des performances en fatigue. Le modèle d'énergie d'hystérésis a été appliqué avec succès pour prédire les durées de vie en LCF et en TMF. Les résultats prédits concordent bien avec les durées de vie en LCF et en TMF mesurées expérimentalement
Geochemical variation of oxide-apatite mineralization associated with Proterozoic massif-type anorthosites in the Central Grenville Province, Quebec, Canada
Get PDFA variety of magmatic oxide-apatite mineralization is spatially and temporally associated with Proterozoic AMCG (Anorthosite–Mangerite–Charnockite–Granite) suites, being of both economic and scientific interest, hosting significant amounts of critical and strategic metals, such as Ti, V and P. However, the origin and genetic relationship of both AMCG host and oxide-apatite mineralization are still highly debated, as well as the exact tectonic setting. Oxide-apatite mineralization is commonly interpreted as crystallizing from residual Fe-Ti-V-P rich melts (ferrodiorite/jotunite composition), after extensive polybaric crystallization of plagioclase and mafic silicates during the formation of anorthosite massifs. The two younger AMCG suites in the Central Grenville Province (1082-1045 Ma Pipmuacan and 1020-1008 Ma Valin) have a complex petrogenetic evolution, presenting a geochemical variation of oxide-apatite mineralization (from Ti-magnetite-dominated to hemo-ilmenite-dominated mineralization) according to the host anorthosite composition (labradorite- or andesine-type) and its age. Andesine-type anorthosite massifs that are younger than 1100 Ma are orthopyroxene-bearing and host hemo-ilmenite (± apatite) mineralization, whereas labradorite-type anorthosite massifs which are older than 1100 Ma, are olivine-bearing and host Ti-magnetite (± apatite) mineralization. The reason for this mineralogical and geochemical variation of oxide-apatite mineralization with time is not understood but could be due change in parental melts and/or degrees of crustal contamination or fractional crystallization. This thesis aims to better characterize this geochemical variation in both ore-deposit and regional scales in the Central Grenville Province, understanding the processes that control their compositional variation (e.g., source of magma, crustal contamination, evolution of residual ferrodiorite/jotuntite magmas) through LA-ICP-MS whole rock and mineral chemistry of plagioclase, ilmenite, magnetite and apatite, as well U-Pb-Hf isotopes in zircon. This methodology was applied to Fe-Ti-(P) mineralization (hemo-ilmenite dominated) at three different scales to better characterize the geochemical variation within: I) a single lenticular oxide-apatite-norite deposit (Lac à l’Orignal); a larger scale through II) several mineralized lenses composed by different Fe-Ti-P cumulates (e.g., massive oxides, nelsonite and oxide-apatite-norite at Lac Mirepoix); a regional scale, III) comparing the different locations of Fe-Ti-P mineralization hosted in the anorthosites and mangerites of the Pipmuacan (Lac de l’Abbondance, L’Étang, Lac Périgny) and Valin (Lac Brûlé, Mattawa and La Hache) AMCG suites with mineralization at Lac à l’Orignal and Lac Mirepoix (Vanel Anorthosite), as well as published data from Fe-Ti-P deposits from the Grenville Province (e.g, Lac Tio, Grader Intrusion, Saint Urbain). The Lac à l’Orignal Fe-Ti-P deposit, hosted in the 1080 (±2) Ma Vanel Anorthosite near the northern border of the 1016 (±2) Ma Mattawa Anorthosite, comprises a lenticular structure of oxide apatite norite (OAN) with thin layers of apatite-bearing anorthosite and minor amounts of nelsonite (massive Fe-Ti oxides and apatite). The mineralization is dominated by hemo-ilmenite, accompanied by apatite and a minor amount of magnetite at the borders, whereas the core is dominated by ilmenite, magnetite, and apatite. In-situ U-Pb dating of magmatic zircon from the mineralization indicates that the Lac à l’Orignal deposit is a multi-injection intrusion with two different crystallization ages between the younger core (993 ± 13 Ma) and the older upper border (1069 ± 12 Ma) of the intrusion. These ages are similar to those of nearby anorthosite massifs (Mattawa and Vanel anorthosites, respectively). In-situ trace element analysis of plagioclase, apatite and oxides reveals subtle variations in Cr, Ni and V related to differentiation under relatively high-fO2 conditions (FMQ = +0.9 to +1.7). Calculated melt compositions from apatite indicates a similar parental magma for both the border and core that matches the composition of high-Fe-Ti-P ferrodiorite dykes at Lac à l’Original. Sub-solidus inter-oxide equilibration modified the original composition of the different cumulates in the intrusion. The absence of extensive massive oxide cumulates and the presence of higher amounts of cumulus magnetite and apatite, supported by mineral chemistry, denotes a more evolved character for the Lac à l’Orignal deposit compared with other Fe-Ti-(P) deposits in the Grenville Province (e.g., Lac Tio, Grader intrusion). Petrogenetically, the Lac à l’Orignal Fe-Ti-P deposit corresponds to an evolved part of a low-Ti/Fe system in the Grenville Province in the late stages of differentiation of ferrodiorite/jotunite magmas. The nearby Lac Mirepoix Fe-Ti-P mineralization is also (hemo)-ilmenite-dominated, accompanied by magnetite and apatite. This ‘layered intrusion’ is subdivided in three different zones due to the appearance of different cumulate phases: zone I comprises mainly massive oxide (>70% hemo-ilmenite ± magnetite) layers hosted in anorthosite. Towards the center (zone II), massive oxide layers are less common whereas apatite-bearing cumulates appear, forming massive nelsonite (50-70% magnetite ± ilmenite and 25-30% apatite) and oxide apatite norite (OAN, 15-25% hemo-ilmenite ± magnetite and 8-20% apatite). Finally, zone III is marked by the alternance of OAN layers (10-25m), richer in magnetite, in addition to (hemo)-ilmenite and apatite, and an absence of massive oxide and nelsonite. In-situ trace element analysis of plagioclase, apatite and oxides reveals cryptic variations related to magma differentiation and multiple injections of ferrodiorite parental magmas of similar composition from which the OAN and nelsonite crysatllized from. Similar to Lac à l’Orignal, in-situ U-Pb dating of zircon from the OAN mineralization itself indicates two different crystallization ages between zone III (1048 ± 8Ma) and zone I (964 ± 9 Ma), favoring a model of multi-injections rather than in-situ crystallization of a single layered intrusion, which is supported by trace element geochemistry. The Lac Mirepoix mineralization records the following fractional crystallization sequence of a high-Ti-P magma, residual after the anorthosite formation: first, massive oxides of hemo-ilmenite crystallized (high Ti/Fe) by oxide settling, with primitive compositions, similar to the world-class Lac Tio deposit. The oxide-apatite mineralization (nelsonite and OAN) crystallized from the residual liquid (lower Ti/Fe, evolved compositions) in which magnetite and apatite were more abundant, similar to nearby mineralization in the area (e.g. Lac à l’Orignal Fe-Ti-P mineralization). The observed decrease in Ti content of the evolving melt is supported by the liquid line of descent of several ferrodiorite dykes within the host-rocks and mineralization. The regional study of several Fe-Ti-P mineralization in the two younger Pipmuacan and Valin AMCG suites demonstrates a similar geochemical evolution related to fractional crystallization of parental ferrodiorite magma, with massive oxides (hemo-ilmenite ± magnetite) crystallizing first from high Ti/Fe residual melts followed by apatite-bearing nelsonites ((hemo)-ilmenite + magnetite + apatite), oxide apatite norite ((hemo)-ilmenite + magnetite + apatite + silicates) crystallizing from low-Ti/Fe melts. The most evolved melts (jotunite composition) formed mineralized mangerites (ilmenite + magnetite + apatite + oligoclase + K-feldspar + quartz). Most of the Fe-Ti-P mineralization in this study is within the range of previous ages for the Pimuacan and Valin AMCG suites (1080 – 950Ma). However, U-Pb dating of the mineralized cumulates in this study resulted in quite different ages (>50Ma) from previously publications on each respective host-AMCG. We propose a complex model of multiple injections of residual Fe-Ti-P-rich liquids drained from or filter-pressed within diapirs of plagioclase-rich mushes that were emplaced over 80 Mys apart along the same crustal detachment zone. In-situ U-Pb-Hf isotopes in zircon from Fe-Ti-P mineralization in this study have mainly chondritic to slightly positive and negative εHf values, in which mineralization in the Labrieville and Mattawa anorthosites present more suprachondritic Hf signature (εHf: +3.0 to +7.0; U-Pb dating: 1065 (± 5Ma) to 990 (± 7Ma)), possibly reflecting contamination from juvenile crust, similar to mineralization in the Saint Urbain Anorthosite. Mineralization associated with the Vanel Anorthosite and the mangerites of La Hache and Poulin de Courval present a more enriched Hf signature (εHf: -5.0 to +7.4; U-Pb dating: 964 (± 9Ma) to 1115 (± 11Ma)), either being relatively more contaminated, and/or associated with more enriched mantle source(s) in relation to the mineralization at Labrieville and Mattawa. The trace element patterns of apatite from all of the Fe-Ti-P mineralization have LREE enriched patterns very similar to apatite from mafic layered intrusions, associated with mantle plumes, with negligible crustal contamination. This indicates the involvement of an asthenospheric enriched mantle source in forming the Fe-Ti-P rich melts for the different Fe-Ti-P mineralization in this study, rather than a depleted mantle source or enriched subcontinental lithospheric mantle as commonly proposed in previous tectonic models for the Grenville AMCG magmatism. Moreover, the Lu-Hf data reveal that Fe-Ti-P mineralization in Vanel Anorthosite and the mangerites of La Hache and Poulin de Courval probably underwent low- to moderate lower crustal contamination. Therefore, we show for the first time that apatite and zircon geochemistry provide important constraints on the mantle source and role of contamination in the petrogenesis of AMCG suites in the Grenville Province, which should be taken into account for the tectonic model of the Grenville.
Une variété de minéralisations magmatiques d'oxyde-apatite sont associées spatialement et temporellement aux suites AMCG (Anorthosite – Mangerite – Charnockite – Granite) protérozoïques, présentant un intérêt à la fois économique et scientifique, abritant des quantités importantes de métaux critiques et stratégiques, tels que Ti, V et P. Cependant, l'origine et la relation génétique entre la minéralisation oxyde-apatite et l’hôte AMCG sont encore très controversées, ainsi que le cadre tectonique exact. La minéralisation en oxyde-apatite est communément interprétée comme une cristallisation à partir de liquide résiduel riche en Fe-Ti-V-P (composition ferrodiorite/jotunite), après une cristallisation polybarique étendue de plagioclase et de silicates mafiques lors de la formation de massifs d'anorthosite. Les deux suites AMCG plus jeunes de la province centrale du Grenville (suites AMCG Pipmuacan 1082-1045 Ma et Valin 1020-1008 Ma) ont une évolution pétrogénétique complexe, présentant une variation géochimique de la minéralisation en oxyde-apatite (de la minéralisation dominée par la Ti-magnétite à l'hémo- minéralisation à dominante ilménite) selon la composition de l'anorthosite encaissante (type labradorite ou andésine) et son âge. Les massifs d'anorthosite de type andésine datant de moins de 1100 Ma sont à orthopyroxène et contiennent des minéralisations à hémo-ilménite (± apatite), tandis que les massifs d'anorthosite de type labradorite, plus âgés que 1100 Ma, sont à olivine et contiennent des minéralisations à Ti-magnétite (± apatite). La raison de cette variation minéralogique et géochimique de la minéralisation d'oxyde-apatite avec le temps n'est pas comprise, mais pourrait être due à un changement dans les magmas parentales et/ou aux degrés de contamination crustale ou de cristallisation fractionnée. Cette thèse vise à mieux caractériser cette variation géochimique à l'échelle du gisement et à l'échelle régionale dans la Province du Grenville, en comprenant les processus qui contrôlent leur variation de composition (ex. source de magma, contamination crustale, évolution des magmas résiduels de ferrodiorite/jotuntite) utilisant la chimie minérale du plagioclase, de l'ilménite, de la magnétite et de l'apatite, ainsi que des isotopes U-Pb-Hf dans le zircon. Cette méthodologie a été appliquée à la minéralisation Fe-Ti-(P) (dominée par l'hémo-ilménite) à trois échelles différentes afin de mieux caractériser la variation géochimique au sein: I) d'un seul gisement lenticulaire d'oxyde-apatite-norite (Lac à l'Orignal); à plus grande échelle jusqu'à II) plusieurs lentilles minéralisées composées des différents cumulâtes de Fe-Ti-P (ex. oxydes massifs, nelsonite et oxyde-apatite-norite au Lac Mirepoix); une échelle régionale, III) comparant les différentes localisations de minéralisation Fe-Ti-P encaissées dans les anorthosites et mangérites aux Suites AMCG de Pipmuacan (Lac de l'Abbondance, L'Étang, Lac Périgny) et Valin (Lac Brûlé, Mattawa et La Hache ) avec minéralisation au Lac à l'Orignal et au Lac Mirepoix (Anorthosite de Vanel), ainsi que les données publiées des gisements Fe-Ti-P de la Province du Grenville (ex. Lac Tio, Grader Intrusion, Saint Urbain). Le gisement Fe-Ti-P du Lac à l'Orignal, encaissé dans l'anorthosite de Vanel )1080 (±2) Ma) près de la limite nord de l'anorthosite de Mattawa (1016 (±2) Ma), comprend une structure lenticulaire d'oxide-apatite-norite (OAN) avec de fines couches d'anorthosite à apatite et des quantités mineures de nelsonite (oxydes massifs de Fe-Ti et apatite). La minéralisation est dominée par l'hémo-ilménite, accompagnée d'apatite et d'une quantité mineure de magnétite aux bordures, tandis que le noyau est dominé par l'ilménite, la magnétite et l'apatite. La datation U-Pb in situ des zircons magmatiques de la minéralisation indique que le gisement du Lac à l'Orignal est une intrusion multi-injection avec deux âges de cristallisation différents entre le noyau le plus jeune (993 ± 13 Ma) et la bordure supérieure la plus ancienne (1069 ± 12 Ma) de l'intrusion. Ces âges sont similaires à ceux des massifs d'anorthosite voisins (anorthosites de Mattawa et Vanel, respectivement). L'analyse in situ des éléments traces du plagioclase, de l'apatite et des oxydes révèle de subtiles variations de Cr, Ni et V liées à la différenciation dans des conditions de fO2 relativement élevées (FMQ = +0,9 à +1,7). Les compositions de la fonte calculées à partir de l'apatite indiquent un magma parental similaire pour la bordure et le noyau qui correspond à la composition des dykes de ferrodiorite à haute teneur en Fe-Ti-P du Lac à l'Original. L'équilibrage d’inter-oxydes sous-solidus a modifié la composition originale des différentes cumulâtes de l'intrusion. L'absence de cumulus de massifs d'oxydes étendus et la présence de quantités plus élevées des cumulus de magnétite et d'apatite, soutenues par la chimie minérale, dénotent un caractère plus évolué du gisement du Lac à l'Orignal par rapport aux autres gisements de Fe-Ti-(P) de la Province du Grenville (ex. Lac Tio, Grader Intrusion). Pétrogénétiquement, le gisement de Fe-Ti-P du Lac à l'Orignal correspond à une partie évoluée d'un système pauvre en Ti/Fe de la Province du Grenville aux derniers stades de différenciation des magmas ferrodiorite/jotunite. La minéralisation Fe-Ti-P du Lac Mirepoix, située à proximité, est également dominée par l'(hémo)-ilménite, accompagnée de magnétite et d'apatite. Cette intrusion litée est subdivisée en trois zones différentes en raison de l'apparition de différentes phases des cumulâtes: la zone I comprend principalement des couches d'oxyde massif (>70 % d'hémo-ilménite ± magnétite) encaissées dans l'anorthosite. Vers le centre (zone II), les couches d'oxydes massifs sont moins fréquentes tandis que des cumulâtes d’apatites apparaissent, formant de la nelsonite massive (50-70 % de magnétite ± ilménite et 25-30 % d'apatite) et d’oxyde-apatite norite (OAN, 15-25 % hémo-ilménite ± magnétite et 8-20% d'apatite). Enfin, la zone III est marquée par l'alternance de couches d'OAN (10-25m), plus riches en magnétite, en plus de l'(hémo)-ilménite et de l'apatite, et par une absence d'oxyde massif et de nelsonite. L'analyse in situ des éléments traces du plagioclase, de l'apatite et des oxydes révèle des variations cryptiques liées à la différenciation du magma et à des injections multiples de magmas parentaux de ferrodiorite de composition similaire à partir desquels l'OAN et la nelsonite ont cristallisé. Semblable au Lac à l'Orignal, la datation U-Pb in situ des zircons de la minéralisation OAN elle-même indique deux âges de cristallisation différents entre la zone III (1048 ± 8 Ma) et la zone I (964 ± 9 Ma), favorisant un modèle de multi-injections plutôt que la cristallisation in situ d'une intrusion litée, qui est soutenue par la géochimie des éléments traces. La minéralisation du Lac Mirepoix enregistre la séquence de cristallisation fractionnée suivante d'un magma à haute teneur en Ti-P, résiduel après la formation de l'anorthosite: d'abord, des oxydes massifs d'hémo-ilménite cristallisés (haute Ti/Fe) par accumulation d'oxydes, avec des compositions primitives, similaires à le gisement de classe mondiale du Lac Tio. La minéralisation d'oxyde-apatite (nelsonite et OAN) s'est cristallisée à partir du liquide résiduel (Ti/Fe inférieur, compositions évoluées) dans lequel la magnétite et l'apatite étaient plus abondantes, semblable à la minéralisation voisine dans la région (ex. Lac à l'Orignal Fe-Ti-P). La diminution observée de la teneur en Ti du magma en évolution est soutenue par la ligne de descente liquide de plusieurs dykes de ferrodiorite au sein des roches encaissantes et de la minéralisation. L'étude régionale de plusieurs minéralisations Fe-Ti-P dans les deux suites AMCG plus jeunes de Pipmuacan et Valin démontre une évolution géochimique similaire liée à la cristallisation fractionnée du magma ferrodiorite parental, avec des oxydes massifs (hémo-ilménite ± magnétite) cristallisant d'abord à partir de niveaux élevés de Ti/Fe, suivies par les nelsonites contenant de l'apatite ((hémo)-ilménite + magnétite + apatite), la norite d'oxyde d'apatite ((hémo)-ilménite + magnétite + apatite + silicates) qui cristallisent à partir de liquides résiduelles (ferrodiorite) à faible teneur en Ti/Fe. Les magmas les plus évolués (composition de jotunite) ont formé des mangérites minéralisées (ilménite + magnétite + apatite + oligoclase + feldspath potassique + quartz). La majeure partie de la minéralisation Fe-Ti-P dans cette étude se situe dans la plage des âges précédents pour les suites AMCG Pimuacan et Valin (1080 – 950Ma). Cependant, la datation U-Pb des cumulâtes minéralisés dans cette étude a donné des âges assez différents (> 50 Ma) par rapport aux publications précédentes sur chaque AMCG hôte respectif. Nous proposons un modèle complexe d'injections multiples de liquides résiduels riches en Fe-Ti-P drainés ou filtrés dans des diapirs de bouillies riches en plagioclase qui ont été mises en place à plus de 80 Mys d'intervalle le long de la même zone de détachement crustale. Les isotopes U-Pb-Hf in situ dans le zircon de la minéralisation Fe-Ti-P dans cette étude ont principalement des valeurs εHf chondritiques à légèrement positives et négatives, dans lesquelles la minéralisation des anorthosites de Labrieville et Mattawa présente une signature Hf plus suprachondritique (εHf: + 3,0 à +7,0 ; datation U-Pb : 1065 (± 5Ma) à 990 (± 7Ma)), reflétant peut-être une contamination par une croûte juvénile, similaire à la minéralisation de l'anorthosite de Saint Urbain. Les minéralisations associées à l'anorthosite Vanel et aux mangérites de La Hache et Poulin de Courval présentent une signature Hf plus enrichie (εHf: -5,0 à +7,4 ; datation U-Pb: 964 (± 9Ma) à 1115 (± 11Ma)), soit étant relativement plus contaminés et/ou associés à des sources mantelliques plus enrichies par rapport à la minéralisation de Labrieville et de Mattawa. Les patrons d'éléments traces de l'apatite de toutes les minéralisations Fe-Ti-P ont des patrons enrichis en LREE très similaires à l'apatite provenant d'intrusions litées, associées aux panaches du manteau, avec une contamination crustale négligeable. Cela indique l'implication d'une source de manteau asthénosphérique enrichi dans la formation des magmas riches en Fe-Ti-P pour les différentes minéralisations en Fe-Ti-P dans cette étude, plutôt qu'une source de manteau appauvrie ou un manteau lithosphérique sous-continental enrichi comme communément proposé dans les études précédentes de modèles tectoniques pour le magmatisme AMCG de Grenville. De plus, les données Lu-Hf révèlent que la minéralisation Fe-Ti-P dans l'anorthosite de Vanel et les mangérites de La Hache et Poulin de Courval ont probablement subi une contamination crustale inférieure faible à modérée. Ainsi, nous montrons pour la première fois que la géochimie de l'apatite et du zircon fournit des contraintes importantes sur la source mantellique et le rôle de la contamination dans la pétrogenèse des suites AMCG de la Province du Grenville, qui devraient être prises en compte pour le modèle tectonique du Grenville
Experimental measurement and expression of atmospheric ice Young's modulus according to its density
No full textIce properties are hard to define and vary significantly in literature. While some of this variation can be attributed to different testing methods, the authors believe that most of this variation comes from the nature of the ice accretion itself. To address the problematic of scattering in mechanical properties values, a new approach is proposed which consists of expressing the behavior of atmospheric ice according to its density. Thanks to a hybrid experimental/numerical approach, the accurate measurement of the Young's modulus of atmospheric ice can be done. Ice samples are generated in both cold room and wind tunnel and at many different test conditions. The results obtained in this study confirm the validity of this new approach and gives a concrete relationship between the Young's modulus and the ice density. Finally, the relevance of using porous material hypothesis to explain the relation and the results domain of validity are discussed