identifier: Zou, L. (2017). Dispersion Based Real-Time Analog Signal Processing (R-ASP) and Application to Wireless Communications  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous sommes confrontés à une demande explosive de systèmes radio plus rapides, plus fiables et plus écoénergétiques, pour la communication sans fil 5G par exemple. On s'attend à ce que la capacité des données mobiles dépasse 1000 fois ce qu'elle est actuellement dans la prochaine décennie. Un tel volume de données nécessite un grand spectre de bande passante. Aux fréquences radio-fréquences (RF) faibles, le spectre est congestionné par des milliards d'appareils radio. Dans les hautes fréquences, le spectre de bande passante ultra large (UWB) est moins congestionné. Cependant, le traitement d'un tel signal UWB RF pose de grands défis au niveau du traitement du signal (DSP) numérique, qui est habituellement utilisé pour les basses fréquences et les bandes passantes étroites. Les problèmes dont souffre le DSP pour les signaux hautes fréquences sont la limitation de la vitesse, le coût élevé et la forte consommation d'énergie pour la conversion analogique / numérique (ADC). Par conséquent, une technique de traitement en temps réel et purement analogique est souhaitable. En optique, les gens ont traité des signaux RF UWB avec des approches photoniques hyperfréquences en temps réel, mais cela impliquait une conversion électrique / optique coûteuse. Le traitement de signal analogique d'une onde radio en temps réel (R-ASP) est une alternative attrayante et moins exploitée. Le premier chapitre présente l'état de l'art de la technologie R-ASP ainsi que la contribution de la thèse. Le composant au coeur du traitement R-ASP s'appelle "phaseur", un composant qui fournit un retard de groupe spécifié � (!) à une onde radio. Un phaseur, en réponse à un signal d'excitation large bande, réorganise les composants spectraux dans le temps. La façon dont un phaseur réorganise le spectre dépend de la fonction de retard de groupe, � (!). Différentes applications R-ASP peuvent nécessiter des profils de retard de groupe différents. Le chapitre 2 introduit le concept de retard de groupe, présente différentes technologies phaseur, et présente une méthode pour augmenter la quantité de délai de groupe en utilisant des phaseurs réfléchissants passifs. Un phaseur passif et passe-tout (qui ne filtre aucune fréquence) affiche une perte qui est proportionnelle au retard de groupe, ce qui entraîne une distorsion du signal. Le chapitre trois présente une solution à ce problème, qui consiste en une mise en cascade d'un phaseur ayant du gain et un phaseur ayant des pertes.  ABSTRACT: We are facing exploding demands for faster, more reliable, more energy-efficient radio systems, such as for instance 5G wireless communication. It is expected that for the next decade the mobile data capacity would exceed 1000 times higher than it is right now. Such high data volume requires large bandwidth spectrum resources. In low RF frequencies, the precious spectrum have been congested by zillions of radio devices. In high frequencies, such as millimeter wave, ultra wideband (UWB) spectrum is much easier available. However, processing UWB RF signal poses great difficulties on conventional digital signal processing (DSP) technique that has prevailed for low frequency and small bandwidth processing. For instance, DSP suffers limited speed, high cost and high power consumption for analog/digital conversion (ADC). Therefore, real-time and purely analog processing technique is desirable. In optics, people have been processing UWB RF signal with microwave photonics approaches, which is real-time, but involves expensive and lossy electrical/optical conversion. The direct radio Real-time Analog Signal Processing (R-ASP) is thus tractive but less exploited. Chapter 1 presents the advancements of R-ASP along with the contributions of the thesis. The core of R-ASP is “phaser”, which is a group delay engineered component that provides specified group delay function � (!). A phaser, in response to a wideband signal excitation, rearranges spectral components in time. The way a phaser arranges spectral components is controlled by the group delay function, � (!). Different R-ASP applications may require different group delay profiles. Chapter 2 introduces the concept of group delay engineering, different phaser technologies, and presents an R-ASP resolution (group delay swing) enhancement example using passive reflective phaser units. Passive phaser exhibits loss that is proportional to the group delay, i.e. imbalance amplitude, which typically results in undesired processing distortion. It is found that a phaser unit loaded with gain (G) and another loaded with equalized loss (L = 1/G) provide symmetric amplitudes (about 0 dB) and identical group delays. Cascading such gain and loss pair yields real all-pass amplitude. Moreover, the group delay can be tuned by the gain and loss. Chapter 3 introduces the gain-loss equalization concept, mathematically presents the device modeling, and experimentally demonstrated the prototype.


identifier: Bouchard, A. (2017). Wall Distance Evaluation Via Eikonal Solver for RANS Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les logiciels de mécanique des fluides assistée par ordinateur (CFD) sont de plus en plus utilisés pour la conception d'aéronefs. L'utilisation de grappes informatiques haute performance permet d'augmenter la puissance de calcul, aux prix de modifier la structure du code. Dans les codes CFD, les équations de Navier-Stokes moyennées (plus connues sous le nom des équations RANS) sont souvent résolues. Par conséquent, les modèles de turbulence sont utilisés pour approximer les effets de la turbulence. Dans l'industrie aéronautique, le modèle Spalart-Allmaras est bien accepté. La distance à la paroi dans ce modèle, par exemple, joue un rôle clé dans l'évaluation des forces aérodynamiques. L'évaluation de ce paramètre géométrique doit alors être précis et son calcul efficace. Avec les nouveaux développement des hardwares, un besoin se crée dans la communauté afin d'adapter les codes CFD à ceux-ci. Les algorithmes de recherche comme les distances euclidienne et projetée sont des méthodes souvent utilisées pour le calcul de la distance à la paroi et ont tendance à présenter une mauvaise scalabilité. Pour cette raison, un nouveau solveur pour la distance à la paroi doit être développé. Pour utiliser les solveurs et techniques d'accélération déjà existantes au sein du code CFD, l'équation Eikonal, une équation aux différentielles partielles non-linéaires, a été choisie.  Dans la première partie du projet, le solveur d'équation Eikonal est développé en 2D et est résolue dans sa forme advective au centre de cellule. Les méthodes des différences finies et des volumes finis sont testées. L'équation est résolue à l'aide d'une discrétisation spatiale de premier ordre en amont. Les solveurs ont été vérifiés sur des cas canoniques, tels une plaque plane et un cylindre. Les deux méthodes de discrétisation réussissent à corriger les effets de maillages obliques et courbes. La méthode des différences finies possède un taux de convergence en maillage de deuxième ordre tandis que la méthode des volumes finis a un taux de convergence de premier ordre. L'addition d'une reconstruction linéaire de la solution à la face permet d'étendre la méthode des volumes finis à une méthode de deuxième ordre. De plus, les méthodes de différence finie et de volume fini de deuxième ordre permettent de bien représenter la distance à la paroi dans les zones de fort élargissement des cellules. L'équation Eikonal est ensuite vérifié sur plusieurs cas dont un profil NACA0012 en utilisant trois modèles de turbulence : Spalart-Allmaras, Menter SST et Mener-Langtry SST transitionnel.  ABSTRACT: Computational fluid dynamics (CFD) software is being used more often nowadays in aircraft design. The use of high performance computing clusters can increase computing power, but requires change in the structure of the software. In the aeronautical industry, CFD codes are often used to solve the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, and turbulence models are frequently used to approximate turbulent effects on flow. The Spalart-Allmaras turbulence model is widely accepted in the industry. In this model, wall distance plays a key role in the evaluation of aerodynamic forces. Therefore calculation of this geometric parameter needs to be accurate and efficient. With new developments in computing hardware, there is a need to adapt CFD codes. Search algorithms such as Euclidean and projected distance are often the methods used for computation of wall distance but tend to exhibit poor scalability. For this reason, a new wall distance solver is developed here using the Eikonal equation, a non-linear partial differential equation, chosen to make use of existing solvers and acceleration techniques in RANS solvers. In the first part of the project, the Eikonal equation solver was developed in 2D and solved in its advective form at the cell center. Both finite difference and finite volume methods were tested. The Eikonal equation was also solved using a first-order upwind spatial discretization. The solvers were verified through canonical cases like a flat plate and a cylinder. Both methods were able to correct the effects of skewed and curved meshes. The finite difference method converged at a second-order rate in space while the finite volume method converged at a first-order rate. The addition of a linear reconstruction of the solution at the face extended the finite volume method to a second-order method. Moreover, both finite difference and second-order finite volume methods were well represented by wall distance in zones of strong cell growth. The finite difference method was chosen, as it required less computing time. The Eikonal equation was then verified for several cases including a NACA0012 using three turbulence models: Spalart-Allmaras, Menter's SST and Menter-Langtry transitional SST. For the first model, the Eikonal equation was able to correct grid skewness on the turbulent viscosity as well as on the aerodynamic coefficients, while for the other two yielded results similar to Euclidean and projected distance. To verify the implementation and convergence of the multi-grid scheme, the new wall distance solver was tested on an ice-accreted airfoil. In addition, the overset grid capabilities of the wall distance solver were verified on the McDonnell Douglas airfoil. Finally, the DLR-F6, a 3D case, was solved to show that the Eikonal equation can be extended to 3D meshes.


identifier: Noiseux, C. (2017). Recommending When Design Technical Debt Should Be Self-Admitted  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les Technical Debts (TD) sont des solutions temporaires et peu optimales introduites dans le code source d'un logiciel informatique pour corriger un problème rapidement au détriment de la qualité logiciel. Cette pratique est répandue pour diverses raisons: rapidité d'implémentation, conception initiale des composantes, connaissances faibles du projet, inexpérience du développeur ou pression face aux dates limites. Les TD peuvent s'avérer utiles à court terme, mais excessivement dommageables pour un logiciel et au niveau du temps perdu. En effet, le temps requis pour régler des problèmes et concevoir du code de qualité n'est souvent pas compatible avec le cycle de développement d'un projet. C'est pourquoi le sujet des dettes techniques a déjà été analysé dans de nombreuses études, plus spécifiquement dans l'optique de les détecter et de les identifier. Une approche populaire et récente est d'identifier les dettes techniques qui sont consciemment admises dans le code. La particularité de ces dettes, en comparaison aux TD, est qu'elles sont explicitement documentées par commentaires et intentionnellement introduites dans le code source. Les Self-Admitted Technical Debts (SATD) ne sont pas rares dans les projets logiciels et ont déjà été largement étudiées concernant leur diffusion, leur impact sur la qualité logiciel, leur criticité, leur évolution et leurs acteurs. Diverses méthodes de détection sont présentement utilisées pour identifier les SATD mais toutes demeurent sujettes à amélioration. Donc, cette thèse analyse dans quelle mesure des dettes techniques ayant déjà été consciemment admises (SATD) peuvent être utilisées pour fournir des recommandations aux développeurs lorsqu'ils écrivent du nouveau code. Pour atteindre ce but, une approche d'apprentissage machine a été élaborée, nommée TEchnical Debt IdentificatiOn System (TEDIOUS), utilisant comme variables indépendantes divers types de métriques et d'avertissements, de manière à pouvoir classifier des dettes techniques de conception au niveau des méthodes avec comme oracle des SATD connus.  ABSTRACT: Technical debts are temporary solutions, or workarounds, introduced in portions of software systems in order to fix a problem rapidly at the expense of quality. Such practices are widespread for various reasons: rapidity of implementation, initial conception of components, lack of system's knowledge, developer inexperience or deadline pressure. Even though technical debts can be useful on a short term basis, they can be excessively damaging and time consuming in the long run. Indeed, the time required to fix problems and design code is frequently not compatible with the development life cycle of a project. This is why the issue has been tackled in various studies, specifically in the aim of detecting these harmful debts. One recent and popular approach is to identify technical debts which are self-admitted (SATD). The particularity of these debts, in comparison to TD, is that they are explicitly documented with comments and that they are intentionally introduced in the source code. SATD are not uncommon in software projects and have already been extensively studied concerning their diffusion, their impact on software quality, their criticality, their evolution and the actors involved. Various detection methods are currently used to identify SATD but they are still subject to improvement. Therefore, this thesis investigates to what extent previously self-admitted technical debts can be used to provide recommendations to developers writing new source code. To achieve this goal, a machine learning approach was conceived, named TEDIOUS, using various types of method-level input features as independent variables, to classify design technical debts in methods using known self-admitted technical debts as an oracle.


identifier: Saoudi, M. (2017). Estimation des distances lors de la préparation de commande  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le système de préparation de commande est l'un des processus les plus importants dans le fonctionnement d'un entrepôt. Dans un contexte où les entreprises cherchent à optimiser chaque fonctionnement, le processus de préparation de commande ne fait pas l'exception et les entreprises doivent constamment réévaluer la performance des systèmes établis. Plusieurs axes d'amélioration se posent. Les quatre plus pertinents ont été listés dans ce travail : (1) l'implantation de la zone d'entreposage, (2) la méthode de préparation de commande, (3) le modèle de circulation et (4) la politique de localisation des stocks. Le concepteur se trouvera finalement en face d'un système de préparation de commande dont il doit mesurer la performance. La revue de littérature présente plusieurs indicateurs qui ont été regroupés en six classes : indicateurs du temps, de distance, de rendement, de coût, techniques et orientés-clients. Le choix entre ces indicateurs se fait de plusieurs façons qui ne se basent pas sur une méthodologie précise. En plus, il n'y a pas de relations claires entre le choix des indicateurs et l'axe d'amélioration retenu. Par conséquent, le suivi de plusieurs indicateurs à la fois semble nécessaire. À travers ce mémoire, nous présentons un outil analytique pour estimer la distance parcourue et suivre l'un des plus importants indicateurs de performance. À cette fin, un exemple d'entrepôt, que nous jugeons représentatif de plusieurs entrepôts, a été choisi avec un jeu de données générées aléatoirement. Finalement, les résultats donnés par l'outil analytique ont été comparés avec des résultats de simulation.  ABSTRACT: The order picking system is one of the most important processes in the operation of a warehouse. In a context where companies seek to optimize each operation, the order picking process is no exception and companies must constantly re-evaluate the performance of established systems. There are several areas for improvement. The four most relevant ones are listed in this work: (1) warehouse layout, (2) order preparation method, (3) circulation model and (4) location policy stocks. The designer is finally faced with a command preparation system whose performance must be evaluated. The literature review presents several indicators that have been grouped into six classes: time, distance, performance, cost, technical and customer-oriented indicators. The choice between these indicators is made in several ways that are not based on a specific methodology. In addition, there is no clear relationship between the choice of indicators and the improvement axis. Therefore, the monitoring of several indicators at a time seems necessary. Through this paper, we present an analytical tool to estimate the distance traveled and to follow one of the most important performance indicators. To this end, an example of a warehouse, which we consider representative of warehouses found in the industry, was selected with a randomly generated data set. Finally, the results given by the analytical tool were compared with simulation results.


identifier: Compaore, U. L. (2017). Analyse de flux de matière du cuivre au Québec pour le développement de stratégies de circularité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Parce que le cuivre est très recherché pour ses propriétés, ce qui le rend éminemment adapté aux applications de nouvelles technologies, une compréhension claire des acteurs, une analyse descrip-tive des flux de matière et des stocks peut contribuer à projeter l'avenir du cuivre dans l'économie du Québec. Ce métal est de plus en plus sollicité nécessitant l'accroissement de la production par la construction de nouvelle mine (risque sur l'environnement) ; il est aussi inégalement réparti dans le monde avec des teneurs de plus en plus faible dans le minerai entrainant un risque sur l'appro-visionnement. Ce travail consiste à réaliser l'analyse de flux de matières du cuivre au Québec sur l'année 2014 tout en évaluant la robustesse des résultats par une analyse d'incertitude. Cette ana-lyse inclut les étapes d'extraction et de traitement (minerais et concentré de cuivre), de production de métal primaire (anodes de cuivre, cathodes de cuivre), de transformation métallique (fil ma-chine, tube ou tuyau en cuivre affiné et alliage…), de fabrication et d'assemblage (moteur, groupe électrogène, véhicule …), d'utilisation et de gestion des déchets au cours de l'année 2014. Les échanges de cuivre à l'intérieur du Québec, avec le monde, avec d'autres provinces canadiennes ainsi que les émissions et les rejets de cuivre dans l'environnement sont quantifiés sous forme de flux (kt/a) dans le présent document. La méthode ascendante a privilégié les données primaires disponibles, qui ont été collectées auprès des entreprises et organismes concernés alors que la mé-thode descendante a utilisé principalement des sources de données compilant des statistiques agré-gées par secteur ou par type de produit, telles que celles rassemblées par Ressources Naturelles Canada, Statistique Canada et l'Institut de la statistique du Québec. Les données manquantes ont été complétées par des données secondaires issues de bases de données publiques disponibles (Eu-rocom par exemple), d'une revue de littérature ou de jugements d'experts ou calculées par le logi-ciel STAN (conservation de la masse). Les résultats montrent d'une part que le Québec exporte une grande quantité de cuivre contenu dans les produits semi-finis au niveau des premières étapes du cycle (83% de fil de cuivre fabriqué par Nexans, 62% des cathodes produite par l'affinerie CCR et 55% du concentré de cuivre provenant des mines sont exportés) et d'autre part les importations de cuivre dans les produits finis à l'étape d'utilisation sont aussi importantes (78 kt/a de cuivre importé sur une demande total de 139 kt/a). On dira aussi que la province du Québec transforme en moyenne 7 fois plus de cuivre qu'il en extrait (soit 311 kt/a de cathodes de cuivre produites sur 42 kt/a de cuivre extrait).  ABSTRACT: Copper is highly sought after due to its properties which makes it significantly suitable for tenders of various technologies. A clear understanding of the actors, the materials flow and stocks can help to plan the future impact of copper in the Quebec economy. This metal is more and more solicited requiring the increase of the production by the construction of new mine (risk on the environment); it is also unevenly distributed throughout the world with lower and lower grades in the ore leading to a risk on the supply. This work analyzes the flow of materials and stocks of copper in Quebec in 2014 and evaluates the robustness of the results by an uncertainty analysis. This analysis consists of the extraction and processing steps (copper ores and concentrates), production of primary metal (copper anodes, copper cathodes), processed metal products (wire rod, tube or pipe made of copper and alloys), manufacture and assembly (engine, generator, vehicle), along with the use and man-agement of waste during the year 2014. Copper trade within Quebec, the world, and other Canadian provinces as well as emissions and releases of copper into the environment are quantified as flows (kt/y) in this document. The bottom up approach uses the available primary data collected from the companies and organizations concerned. Whereas top down method primarily uses data sources gathering aggregated statistics by sector or product type, such as those collected by Natural Re-sources Canada, Statistics Canada and the Institut de la statistique du Québec. The missing data were supplemented by secondary data from publicly available databases (e.g. Eurocom), literature assessment, expert judgment, or calculated by the STAN (mass conservation) software. The results show that Quebec exports a large quantity of copper in semi-finished products at the first stages of the cycle (83% of copper wire produced by Nexan, 62% of the cathodes produced by the refinery CCR and 55% of copper concentrate from mines are exported). On the other hand imports of copper into finished products at the stage of use are also important (78 kt/y of copper imported on a total demand of 139 kt/y). Moreover, the Province of Quebec transforms on average 7 times more copper than it extracts (311 kt/y of copper cathodes produced on 42 kt/y of copper extracted). The stock of copper at the stage of use represents a large deposit, i.e. 2000 kt in annual growth of 2%. The uncertainties show that the data and assumptions used to calculate flows should be improved, mainly those related to imports of copper to Québec (>20% the average value). Given the stock of copper available that is in use, the urban mine would be one of the most intriguing approaches to improve the copper's circularity in the future.


identifier: Marleau, B. (2017). Comportement à la fatigue de joints en béton fibré à ultra-hautes performances entre dalles préfabriquées de ponts  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ Dans les dernières décennies, de nombreux projets de recherche portant sur l'utilisation de béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) pour la confection de joints entre des éléments préfabriqués de dalles de ponts ont été réalisées en Amérique du Nord et ont conduit à des applications aux États-Unis, en Ontario et plus récemment au Québec. Des applications visant l'introduction de cette nouvelle technologie ont été réalisées dans de nombreux projets de ponts et bâtiments dans plusieurs pays. Ce projet de recherche constitue une étape nécessaire à l'implantation et la normalisation de cette technologie supportée par le Ministère des Transports, de la Mobilité Durable et de l'Électrification des Transports du Québec (MTMDET), anciennement le Ministère des Transports.  ABSTRACT: ABASTRACT In the past decades, many research projects aimed at studying the use of ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC), in field cast joints between precast bridge slab elements have been carried out in North-America and led to the construction of several bridges using this new technology in the United States, in Ontario, and recently in Quebec. UHPFRC has also been used in several structural applications for bridges and buildings in many countries. Because each jurisdiction has its specific conditions and requirements, validations remains to be done before introducing this innovative concept in bridge design codes and generalised its application. This project constitutes a step toward the implementation and normalisation of this technology supported by the Ministère des Transports, de la Mobilité Durable et de l'Électrification des Transports du Québec (MTMDET), formerly Quebec Ministry of Transportation.


identifier: Margheritta, P. (2017). Traçage logiciel d'applications utilisant un processeur graphique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le domaine informatique, les architectures matérielles tendent vers un niveau de parallélisme toujours plus élevé, de manière à pouvoir traiter de plus en plus d'informations simultanément. L'émergence des processeurs multicoeurs a fait naître de nombreux problèmes liés à la concurrence des algorithmes, ce qui a contribué au développement d'outils performants permettant d'analyser finement l'activité des systèmes parallèles. Cependant, les outils de diagnostic de problèmes et d'analyse de performance pour les systèmes parallèles restent encore peu adaptés à l'étude des processeurs graphiques (GPU). Cela est dû aux grandes disparités dans les architectures existantes et au très haut niveau de parallélisme qu'il est nécessaire de gérer lorsque l'on traite avec des processeurs graphiques. Il est donc toujours relativement complexe d'analyser l'exécution d'un programme sur processeur graphique, alors même que ces accélérateurs matériels connaissent un gain très important de popularité en raison de leur structure se prêtant bien au calcul de haute performance et à l'apprentissage automatique, entre autres. Dans le cadre de ce projet de recherche, nous cherchons à exploiter des méthodes de traçage qui ont prouvé leur efficacité pour l'analyse de programmes s'exécutant sur processeur central (CPU) multicoeurs, afin d'analyser l'activité d'un ou plusieurs processeurs graphiques au cours de l'exécution d'un programme. L'objectif est, grâce au traçage, de fournir des outils appropriés permettant de détecter de possibles problèmes de performance. Grâce à LTTng, un traceur performant pour le système d'exploitation GNU/Linux, nous avons créé un utilitaire permettant de générer des traces unifiées rendant compte de l'activité du processeur graphique pour des programmes basés sur l'interface de programmation HSA. Cette interface, commune à plusieurs acteurs majeurs du marché, se donne comme objectif d'accélérer et faciliter la communication entre processeurs de calcul dans un contexte hétérogène, ce qui en fait une plateforme intéressante pour analyser l'activité d'un processeur graphique. Notre solution, nommée LTTng-HSA, se base sur un ensemble de bibliothèques logicielles pouvant être préchargées à l'exécution d'un programme, de manière à insérer une instrumentation destinée à mieux comprendre le fonctionnement du processeur graphique. Les traces générées au format CTF proposent des informations sur les durées d'exécution des noyaux de calcul, sur les appels de fonctions de l'interface de HSA et donnent accès à diverses métriques venues du processeur graphique. Ce mémoire présente également des solutions de visualisation de ces traces, ainsi que les techniques de fusion et de tri aboutissant à l'obtention d'une trace unifiée représentant l'activité du processeur graphique. LTTng-HSA permet d'obtenir des informations utiles sur la performance d'un programme parallèle basé sur HSA, sans avoir à intervenir pour modifier le programme et avec un faible surcoût temporel. C'est donc un outil intéressant pour trouver l'origine de problèmes de performance dans le cadre d'un programme accéléré par matériel.  ABSTRACT: In recent years, computer architectures have become increasingly parallel. More than ever, processors can now carry out multiple operations simultaneously. The rise of multi-core processors has brought a whole new set of concurrency-related problems, but has also helped us design specific analysis tools for parallel systems. However, many of these tools are focused on a multi-core CPU architecture and are not really adapted to GPU-oriented performance analysis, mostly because of the very high level of parallelism and multiple architectures that need to be taken into account when dealing with GPUs. Therefore, while GPU computing is becoming ubiquitous in fields such as highperformance computing and machine learning, we still lack analysis tools for these hardware accelerators. This research project is focused on using software tracing methods for GPU analysis purposes. Tracing methods have already proved successful in multi-core CPU contexts. Our main research objective is to provide powerful trace-based tools to help find performance issues for GPU-accelerated programs. We used LTTng, a highly efficient tracing framework for GNU/Linux systems, to create a tool that can generate unified GPU-oriented traces for HSA-based programs. HSA is a cross-vendor standard that aims to streamline communications between compute devices in a heterogeneous context. Therefore, HSA is a good choice as a platform for GPU performance analysis. LTTng-HSA, our solution, is a set of libraries that are meant to be preloaded when executing a GPU-accelerated program. Each of these libraries automatically inserts interesting tracepoints that allow us to generate CTF traces providing information about HSA API function calls, GPU kernel timestamps or GPU hardware metrics. LTTng-HSA also includes helpful views for these traces. The process that leads to a unified GPU-oriented trace, which involves trace merging and sorting, is explained in this thesis. LTTng-HSA can easily be used to pinpoint performance issues in HSA-based parallel programs. Moreover, our solution has low overhead and does not require any modification to the program being traced. Therefore, LTTng-HSA is a helpful tool for the analysis of GPUaccelerated software.


identifier: Saborido Infantes, R. (2017). Assisting Developers and Users in Developing and Choosing Efficient Mobile Device Apps  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les applications pour appareils mobiles jouent, de nos jours, un rôle important dans nos vies. Même si la consommation énergétique affecte la durée de vie de la batterie des appareils mobiles et limite l'utilisation des appareils, nous les utilisons presque partout, tout le temps et pour presque tout. Avec la croissance exponentielle du marché des applications pour appareils mobiles, les développeurs ont été témoins d'un changement radical dans le paysage du développement du logiciel. Les applications mobiles présentent de nouveaux défis dans la conception et l'implantation logicielle dus aux contraintes des ressources internes (tel que la batterie, le CPU et la mémoire) et externes (l'utilisation de donnés). Donc, les exigences traditionnelles non-fonctionnelles, tels que la fonctionnalité et la maintenabilité, ont été éclipsées par la performance. Les chercheurs étudient activement le rôle des pratiques de codage sur la consommation énergétique. Cependant, le CPU, la mémoire et les utilisations du réseau sont aussi des mesures importantes pour la performance. Même si le matériel informatique des appareils mobiles s'est beaucoup amélioré dans les dernières années, des nouveaux utilisateurs arrivent, possèdant des appareils bas de gamme avec accès limité aux données. Les développeurs doivent donc gérer les ressources attentivement car les nouveaux marchés possèdent une part importante des nouveaux utilisateurs qui se connectent en ligne pour la première fois. La performance des applications pour les appareils mobiles est donc un sujet très important. Des études récentes suggèrent que les ingénieurs logiciels peuvent aider à réduire la consommation énergétique en tenant compte des impacts de leurs décisions de conception et d'implantation sur l'énergie. Mais les décisions des développeurs ont un impact aussi sur le CPU, la mémoire et l'usage du réseau. Les développeurs doivent aussi prendre en considération la performance au moment d'évoluer le design de l'application des appareils mobiles. Le problème est que les développeurs n'ont pas de soutien pour comprendre l'impact de leurs décisions sur la performance de leurs apps. Ce problème est aussi vrai pour les utilisateurs d'appareils mobiles qui installent des apps en ignorant s'il existe des alternatives plus efficaces. Dans cette dissertation, nous aidons les développeurs et les utilisateurs à connaitre d'avantage l'impact de leurs décisions sur la performance des applications qu'ils développent et qu'ils consomment. Nous voulons aider les développeurs et les utilisateurs à développer et choisir des applications performantes. Nous fournissons des observations, des techniques et des lignes directrices qui aiderons les développeurs à prendre des décisions informées pour améliorer la performance de leurs applications. Nous proposons aussi une approche qui peut servir de complément aux marchés des applications pour appareils mobiles pour qu'ils puissent aider les développeurs et les utilisateurs à chercher des applications efficientes. Notre contribution est un pas précieux vers l'ingénierie de logiciels performants pour les applications des appareils mobiles et un avantage pour les utilisateurs d'appareils mobiles qui veulent utiliser des applications performantes.  ABSTRACT: Mobile device applications (apps) play nowadays a central role in our life. Although energy consumption affects battery life of mobile devices and limits device use, we use them almost anywhere, all the time, and for almost everything. With the exponential growth of the market of mobile device apps in recent years, developers have witnessed a radical change in the landscape of software development. Mobile apps introduce new challenges in software design and implementation due to the constraints of internal resources (such as battery, CPU, and memory), as well as external resources (as data usage). Thus, traditional non-functional requirements, such as functionality and maintainability, have been overshadowed by performance. Researchers are actively investigating the role of coding practices on energy consumption. However, CPU, memory, and network usages are also important performance metrics. Although the hardware of mobile devices has considerably improved in recent years, emerging market users own low-devices and have limited access to data connection. Therefore, developers should manage resources mindfully because emerging markets own a significant share of the new users coming on-line for the first time. Thus, the performance of mobile device apps is a very important topic. Recent studies suggest that software engineers can help reduce energy consumption by considering the energy impacts of their design and implementation decisions. But developers'decisions also have an impact on CPU, memory, and network usages. So that, developers must take into account performance when evolving the design of mobile device apps. The problem is that mobile device app developers have no support to understand the impact of their decisions on their apps performance. This problem is also true for mobile device users who install apps ignoring if there exist more efficient alternatives. In this dissertation we help developers and users to know more about the impact of their decisions on the performance of apps they develop and consume, respectively. Thus, we want to assist developers and users in developing and choosing, respectively, efficient mobile device apps. We provide observations, techniques, and guidelines to help developers make informed decisions to improve the performance of their apps. We also propose an approach to complement mobile device app marketplaces to assist developers and users to search for efficient apps. Our contribution is a valuable step towards efficient software engineering for mobile device apps and a benefit for mobile device users who want to use efficient apps.


identifier: Pernaudat, G. (2017). Une approche multi-physiques et multi-échelles pour l'amélioration de l'efficacité de la modélisation et de la simulation des disjoncteurs haute-tension  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La conception des disjoncteurs haute-tension est une tâche complexe et difficile en raison des écoulements internes compressibles supersoniques à haute température et instationnaires, des forts champs électriques, magnétiques et radiatifs. L'arc électrique créé lors de la séparation des contacts électriques en est la cause principale. Il s'apparente à un plasma porté à des températures qui avoisinent les 30 000 K et qui provoque la sublimation des matériaux à sa proximité. Devant la complexité de ces phénomènes et pour pouvoir en tirer des critères de design, les outils de simulations numériques sont indispensables pour répondre aux besoins des ingénieurs. Cependant, la modélisation et la simulation numérique de ces phénomènes multi-physiques, fortement non-linéaires, comportent de nombreux défis de natures multidisciplinaires. En effet, les aspects concernant : la physique, les méthodes numériques, la modélisation géométrique et le calcul haute-performance sont fortement entremêlés. La contrainte du temps de calcul, qui peut s'échelonner sur plusieurs semaines, est un frein supplémentaire majeur lors du développement de l'appareillage de coupure des circuits électriques haute-tension. Par conséquent, l'efficacité de la modélisation et de la simulation des disjoncteurs haute-tension dépend d'une approche multi-physiques et multi-échelles dans la conception des outils scientifiques. Dans un partenariat entre l'École Polytechnique de Montréal et la société Alstom (désormais intégrée à General Electric), vieux de plus de 30 ans, l'outil scientifique MC3 a été développé et enrichi par de nouveaux modèles au fil du temps afin de répondre aux besoins de simulation. En revanche, il était nécessaire de le moderniser : son architecture n'était pas adaptée au contexte multi-physiques, les algorithmes n'étaient pas adaptés aux architectures des matériels informatiques modernes, les performances en temps de calcul n'étaient pas maximisées et les simulations étaient restreintes à des calculs 2D axisymétriques. Dans un but de modernisation de MC3 et d'amélioration de son efficacité du point de vue des performances et de la fidélité des résultats de calcul, quatre axes de recherche ont été poursuivis consécutivement. En premier lieu, une révision des modèles a été proposée pour s'assurer de leur pertinence. Une mise à jour mineure du schéma numérique utilisé pour la résolution de la mécanique des fluides a été effectuée. Les autres modèles étaient à jour vis-à-vis de l'état de l'art. Cela a constitué des fondations stables et solides pour supporter la suite des étapes de modernisation. En second lieu, les performances en vitesse d'exécution avaient besoin d'être améliorées, une analyse approfondie de l'outil de calcul existant a donc été réalisée.  ABSTRACT: High-voltage circuit breaker design is a complex and challenging task, because of several factors including the dynamics of fluid flow (unsteady supersonic compressible internal fluid flow at high temperature) and the the strong coupled electric, magnetic and radiative fields. These phenomena are caused by the electric arc created by the separation of the electrodes. The arc is considered as a plasma at a temperature approaching 30,000 K and creating wall sublimation of the boundary materials. Facing the complexity of these phenomena, numerical simulation tools are indispensable to comply with engineering requirements and to obtain design criteria. However, modelling and numerical simulation of these multiphysics phenomena, which are highly non-linear, constitute multidisciplinary challenges. Indeed, physics, numerical analysis, geometric modelling and high performance computing are strongly interrelated. Calculation times can take several weeks, representing an additional obstacle to the development of high-voltage circuit breakers. Consequently, the efficiency of the modeling and the numerical simulation of high-voltage circuit breakers depends on a multiphysics and multiscale approach while designing scientific tools. As a result of a long term partnership, over 30 years, between Alstom company (now part of General Electric) and Ecole Polytechnique de Montréal, the scientific tool MC3 has been developed and enriched with new models, following the simulation requirements. During the task of modernizing MC3, it was found that the software architecture was not well adapted to the multiphysics context, that the algorithms were not suitable to modern computing hardware architecture, and that performance in terms of the calculation runtime were not maximized. In addition, simulations were limited to 2D axisymmetric cases. The research aims to address those issues to improve its efficiency from performance and result fidelity perspectives, and this has led to four research axes.  First, a model review has been conducted to confirm the relevance of each physical model. A minor update for the numerical scheme used to solve fluid dynamics has been performed. The other models were state of the art. That step constituted robust and stable foundations to support the consecutive steps of code modernization. Secondly, performance in terms of the calculation runtime needed to be drastically improved. This has led to an in-depth profiling of the actual tool. Code profiling and numerical analysis have permited to steer modification choices which have been carried out to speedup the simulation for all the physics, independently.


identifier: Bodkhe, S. (2017). Solvent Evaporation-Assisted Three-Dimensional Printing of Piezoelectric Sensors from Polyvinylidene Fluoride and its Nanocomposites  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux piézoélectriques sont connus pour générer des charges électriques lors de leur déformation. Leur capacité à transformer linéairement l'énergie mécanique en énergie électrique, et vice versa, est utilisée dans la détection, l'actionnement, la récupération et le stockage d'énergie. Ces appareils trouvent des applications dans les domaines de l'aérospatiale, de la biomédecine, des systèmes micro-électromécaniques, de la robotique et des sports, pour n'en nommer que quelques-uns. On retrouve la propriété de piézoélectricité dans certaines céramiques, roches, monocristaux et quelques polymères. Le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) est un polymère piézoélectrique qui présente un coefficient piézoélectrique très élevé par rapport aux céramiques, ce qui laisse présager des applications de détection et de récupération d'énergie. La facilité de fabrication, la flexibilité et la biocompatibilité du PVDF sont autant de qualité qui en font un très bon candidat pour ces applications. Les dispositifs actuels à base de PVDF commercial sont disponibles en films plats ou en fibres unidimensionnelles (1D). L'impression tridimensionnelle (3D) du PVDF peut amener à des sensibilités, souplesses et capacités de fabrication accrues des capteurs embarqués en cas d'impression multi-matériaux. Le PVDF est un polymère semi-cristallin possédant cinq polymorphes, dont la phase β polaire qui présente les meilleures propriétés piézoélectriques. Malheureusement, le PVDF, provenant de la fusion ou de la dissolution, cristallise en une phase α non polaire thermodynamiquement stable. Diverses transformations physiques telles que le recuit, l'addition de charge, l'étirement ou le polissage sont effectuées pour transformer la phase α en phase β. En raison de la cristallisation inhérente du PVDF dans la phase α, il y a eu très peu de tentatives de fabrication de structures 3D à partir du PVDF. L'électrofilage en champ proche et la Déposition de Filament Fondu ont permis de fabriquer certaines structures 3D couche par couche avec du PVDF, soit avec l'application de hautes tensions électriques, soit avec la fusion à haute température du polymère. Et les deux nécessitent un traitement de polarisation pour conférer la piézoélectricité aux structures imprimés. Pour fabriquer des capteurs incorporés ou conformes, sur des substrats donnés, il est essentiel de ne pas avoir d'effets négatifs sur les matériaux adjacents à cause de la polarisation pendant le processus d'impression. Ainsi, dans ce travail, nous avons développé un procédé d'impression 3D qui crée des structures PVDF principalement en phase β, à température ambiante et sans application de tension de polarisation.  ABSTRACT: Piezoelectric materials are known to generate electric charges upon deformation. Their ability to linearly transform mechanical energy into electrical energy and vice versa, is utilized in sensing, actuation, transducing, energy harvesting and storage. These devices find applications in aerospace, biomedicine, micro electromechanical systems, robotics and sports, to name a few. Piezoelectricity is found in some ceramics, rocks, single crystals and a few polymers. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a piezoelectric polymer that exhibits a very high piezoelectric stress coefficient as compared to the ceramics, making it the forerunner for sensing and energy harvesting applications. PVDF's formability, flexibility and biocompatibility, further reinforce its candidature. Present commercial PVDF-based devices come in flat films or one-dimensional (1D) fibers. Three-dimensional (3D) printing of PVDF leads to higher sensitivity, better compliance, and ability to print embedded sensors in case of multi-material printing. PVDF is a semi-crystalline polymer possessing five polymorphs, of which the polar β-phase exhibits highest piezoelectric properties. Unfortunately, PVDF from melt or solution crystallizes into a thermodynamically stable non-polar α-phase. Various physical transformations like annealing, filler addition, stretching or poling are carried out to transform the α-phase into β-phase. Due to the inherent crystallization of PVDF into α-phase, there have been very few attempts in fabricating 3D structures from PVDF. Near-field electrospinning and fused deposition modelling have demonstrated some layer-by-layer 3D structures with PVDF, either with application of high electric voltages or high temperature melting of the polymer, respectively. Also, both these techniques require a poling treatment to impart the desired piezoelectricity to the printed features. To fabricate embedded or conformal sensors on given substrates, it is essential to not have any adverse effects on the adjacent or substrate materials due to poling during the printing process. Thus, in this work, we develop a 3D printing process, that creates PVDF structures that inherently crystallize in the piezoelectric oriented β-phase at room temperature without any applied voltages. Solvent-evaporation assisted 3D printing is employed to print 3D piezoelectric structures of PVDF based solutions. In this process, the polymer solution is filled into a syringe which is inserted into a pneumatic dispenser. The pneumatic dispenser is mounted on a robotic arm that is controlled via a computer program.


identifier: Dammak, H. (2017). Impact de la pression et de la température sur la performance d'un actionneur plasma de type DBD  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de recherche a pour objectif l'étude de performance d'un actionneur plasma de type DBD, sous de hautes pressions et de hautes températures de l'air. L'actionneur plasma est un appareil purement électrique, fonctionnant sans pièces mobiles, et permet de transformer l'électricité en quantité de mouvement par le biais des collisions entre les particules de plasma et celles du gaz neutre. Cette fonctionnalité a engendré plusieurs études sur le potentiel de l'actionneur plasma dans des applications aérodynamiques. En effet, elle paraît très intéressante pour le contrôle de mouvements sur les ailes d'avions, ou dans les turbines et les compresseurs des turbomoteurs. Ainsi, une étude de la performance de ce dispositif sous différentes conditions atmosphériques est indispensable. Ce travail représente la première étude sur l'effet couplé de la haute pression et température sur la performance d'un actionneur plasma. Une enceinte à haute pression et température, dans lequel l'actionneur opère, fut fabriquée. L'effet du dispositif sur le champ de vitesse fut mesuré via la technique de mesure PIV. Les champs de vitesse ont permis via la conservation de quantité de mouvement de calculer la poussée générée par l'actionneur. L'observation optique a aussi permis de mesurer le voltage seuil de formation du plasma. Des tests furent aussi conduits pour des pressions de 1 à 6 bar et des températures de 20°C à 200°C. Les résultats obtenus montrent de grandes variations du fonctionnement de l'actionneur plasma quand la pression et la température augmentent dans les marges étudiées. En effet, l'étude a montré que l'augmentation de la pression affecte négativement la performance, et rend le dispositif quasi-ineffectif à partir de 3 bar. L'étude du deuxième cas montre que la température affecte positivement la performance de l'actionneur, en ajoutant 80% de force d'actionnement entre 20°C et 150°C, contrairement à la pression. Finalement, les résultats ont montré que le couplage de la pression et de la température est quasi-linéaire. En effet, même à haute température, une haute pression présente un apport négatif, et inversement. Dans ce cas l'augmentation de la température jusqu'à 200°C pourrait compenser seulement une augmentation de 1 bar de la pression.  ABSTRACT: This research project aims to study the performance of a DBD type plasma actuator under high pressures and high air temperatures. The plasma actuator is a purely electric device, operating without moving parts, and transforms electricity into momentum through collisions between plasma particles and those of neutral gas. This feature has spawned several studies on the potential of the plasma actuator in aerodynamic applications. Indeed, it seems very interesting for the control of movement on the wings of planes, or in the turbines and compressors of the turboshaft engines. Thus, a study of the performance of this device under different atmospheric conditions is essential. This work represents the first study on the coupled effect of high pressure and temperature on the performance of a plasma actuator. An enclosure with high pressure and temperature, in which the actuator operates, was manufactured. The effect of the device on the velocity field was measured via the PIV measurement technique. The velocity fields allowed, via momentum conservation, to calculate the thrust generated by the actuator. Optical observation also made it possible to measure the plasma formation threshold voltage. Tests were also conducted for pressures of 1 to 6 bar and temperatures of 20 ° C to 200 ° C. The results obtained show large variations in the operation of the plasma actuator when pressure and temperature increase in the margins studied. Indeed, the study has shown that the increase in pressure adversely affects the performance, and makes the device almost ineffective from 3 bar. The study of the second case shows that the temperature positively affects the performance of the actuator, by adding 80% of actuating force between 20°C and 150°C, unlike the pressure. Finally, the results showed that the coupling of temperature and pressure is almost linear. Indeed, even at high temperature, a high pressure has a negative contribution, and vice versa. In this case the increase in temperature up to 200 ° C could compensate for only a 1 bar increase in pressure.


identifier: Zolfagharinia, M. (2017). The Impact of Operating Systems and Environments on Build Results  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'intégration continue (IC) est une pratique d'ingénierie logicielle permettant d'identifier et de corriger les fautes logicielles le plus rapidement possible après l'intégration d'un changement de code dans système de contrôle de versions. L'objectif principal de l'IC est d'informer les développeurs des conséquences des changements effectués dans le code. L'IC s'appuie sur différents systèmes d'exploitation et environnements d'exécution pour vérifier si un système fonctionne toujours après l'intégration des changements. Ainsi, de nombreux "builds" sont créés, alors que seulement quelques-uns révèlent de nouvelles fautes. En d'autres termes, un phénomène d'inflation des builds se produit, où le nombre croissant de builds a un rendement décroissant. Cette inflation rend l'interprétation des résultats des builds difficile, car l'inflation augmente l'importance de certaines fautes, alors qu'elle cache l'importance d'autres. Cette thèse fait progresser notre compréhension de l'impact des systèmes d'exploitation et des environnements d'exécution sur les fautes des builds et le biais potentiel encouru à cause de l'inflation des builds par une étude à grande échelle de 30 millions de builds de l'écosystème CPAN. Nous choisissons CPAN parce que CPAN fournit un riche ensemble de données pour l'analyse automatisée des builds sur des douzaines d'environnements (versions de Perl) et systèmes d'exploitation. Cette thèse rapporte une analyse quantitative et qualitative sur les fautes dans les builds pour classer ces fautes et trouver la raison de leur apparition. Nous observons : (1) l'évolution des fautes des builds au fil du temps et rapportons que plus de builds sont effectués, plus le pourcentage de fautes de builds diminue, (2) différents environnements et systèmes d'exploitation mettent en avant différentes fautes, (3) les résultats des builds doivent être filtrés pour identifier des fautes fiables, et (4) la plupart des fautes des builds sont dus à leur dépendance à l'API. Les chercheurs et les praticiens devraient tenir compte de l'impact de l'inflation des builds lorsqu'ils analysent ou exécutent des builds.  ABSTRACT: Continuous Integration (CI) is a software engineering practice to identify and correct a defect as soon as possible after a code change has been integrated into the version control system. The main purpose of CI is to give developers a quick feedback of code changes. These changes build on different OSes and runtime environments to check backward compatibility as well as to check if the product still works with the new changes. So, many builds are performed, while only a few of them can identify new failures. In other words, a phenomenon of build inflation can be observed, where the increasing number of builds has diminishing returns in terms of identified failures vs. costs of running the builds. This inflation makes interpreting build results challenging as it increases the importance of some failures, while it hides the importance of others. This thesis advances our understanding of the impact of OSes and runtime environments on build failures and build inflation through a large-scale study of 30 million builds of the CPAN ecosystem. We choose CPAN because CPAN provides a rich data set for the analysis of automated builds on dozens of environments (Perl versions) and operating systems. This thesis performs quantitative and qualitative analysis on build failures to classify these failures and find out the reason of their occurrence. We observe: (1) the evolution of build failures over time and report that while more builds are being performed, the percentage of them identifying a failure drops, (2) different OSes and environments are not equally reliable, (3) the build results of CI must be filtered to identify reliable failing data, (4) and most build failures are due to API dependency. Researchers and practitioners should consider the impact of build inflation when they are analyzing and-or performing builds.


identifier: Mercier, L.-M. (2017). Modifications de l'algorithme SELECT() appliquées à une problématique du cancer du sein  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les puces à ADN sont fréquemment utilisées pour diagnostiquer diverses maladies, dont lecancer. L'analyse des données récoltées par ces appareils mène à l'obtention d'une quantité impressionnante d'information sur les gènes de chaque patient. Cela conduit alors à la malédiction de la dimensionnalité. En des termes simples, on dispose de trop peu d'observations pour le nombre de variables explicatives. Les méthodes d'apprentissage automatique se voient alors limitées. Étant donné le nombre élevé de gènes, une hypothèse plausible est que certains gènes contiennent moins d'informations ou de l'information redondante. L'idée de l'algorithme SELECT() est de sélectionner les gènes les plus informatifs à l'aide de l'analyse en composantes principales et de la régression logistique. La sélection des variables est une étape cruciale dans le développement d'un modèle de prédiction. Par conséquent, il est intéressant d'étudier des versions modifiées de cet algorithme de sélection de variables. L'objet de ce travail est donc d'étudier deux variations de SELECT() sur un ensemble de données de patients en rétablissement d'un cancer du sein (Gravier, 2010). Le chapitre 3 traite des notions nécessaires pour avoir une compréhension profonde de SELECT() et ses modifications. Le chapitre 4 vise à reconstituer le plus fidèlement possible l'algorithme SELECT() à la version de Ocampo-Vega (2016). Puis, des classificateurs sont développés, chacun selon une méthodologie qui lui est propre. C'est dans le chapitre 5 que l'originalité de cette recherche est décomposée en deux parties. Pour la première partie du chapitre 5, l'analyse en composantes principales est remplacée par une analyse en composantes principales creuse. Cette substitution nécessite une estimation du vecteur de pénalités � qui est effectuée en tenant compte de contraintes. La seconde partie du chapitre 5 propose une substitution de la régression logistique bayésienne par l'algorithme Boruta. Pour chacune de ces parties, des classificateurs sont entraînés de la même façon qu'au chapitre 4. Les performances des classificateurs sont finalement analysées afin de montrer l'amélioration de performance engendrée (pour les critères d'AUC et de précision) par nos algorithmes modifiés. Sur notre ensemble de données, nos résultats ne battent pas les résultats obtenus dans la littérature et les modifications de  SELECT() ne semblent pas mener à une amélioration des performances. Ces modifications ont également été appliquées sur d'autres jeux de données (Tian, 2003 ; Singh, 2002) et aucune amélioration n'a été constatée. Les désavantages et des améliorations potentielles sont par la suite traités. Finalement, une synthèse du mémoire est effectuée et des avenues de recherche sont proposées.  ABSTRACT: DNA microarrays are a commonly used technology to diagnose various diseases including cancer. The analysis of the collected data from these devices gives an impressive amount of information for each patient. This leads to the curse of dimensionality, there are not enough observations for the number of explanatory variables. This causes limitations in the use of machine learning methods. A plausible assumption is that given the high number of explanatory variables, some of them contain less information or redundant information. Thus, variable selection should be used. The idea of the SELECT() algorithm is to select the most informative genes by using principal components analysis and logistic regression. The selection of variables is a crucial step in the development of a prediction model. Therefore, studying modifications of this algorithm could lead to interesting discoveries. The aim of this work is to study two modified versions of SELECT() on a set of data from patients recovering from breast cancer (Gravier, 2010). Chapter 3 deals with important concepts that are necessary to have a deep understanding of SELECT() and its modifications. Chapter 4 aims at reconstructing the SELECT() algorithm as closely as possible to the version created by Ocampo-Vega (2016). Then, classifiers are developed, each according to a methodology of its own. It is in Chapter 5 that the originality of this research is broken down into two parts. The first part of Chapter 5 focuses on the first modification of the algorithm. In order to modify the set of selected variables, the principal component analysis is replaced by a sparse principal component analysis. This substitution requires an estimate of the penalty vector � which is performed taking into account constraints. The second part of Chapter 5 is about a substitution of the bayesian logistic regression by the Boruta algorithm. For each of these parts, classifiers are trained in the same way as in Chapter 4. The performance of classifiers is finally analyzed in order to show the improvement of performance generated (for AUC and precision criteria) by our modified algorithms. On our data set, the results are not better than the ones from the literature and the modifications of SELECT() do not seem to lead to an improvement of the performances. These changes have also been applied to other datasets (Tian, 2003; Singh, 2002) and no improvement has been observed. Disadvantages and potential improvements are subsequently discussed. The most instructive potential improvement is to combine the two modifications to obtain a new algorithm. Finally, a synthesis of the dissertation is carried out and avenues of research are proposed.


identifier: Crouzat, S. (2017). Étude du décollement lagrangien dans les écoulements bidimensionnels instationnaires  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: On s'intéresse dans cette étude à la prédiction du décollement dans les écoulements. De nombreux travaux sur la détection du décollement ont été effectués depuis les travaux pionniers de Prandtl en 1904, mais jamais une définition universelle du point de décollement ou du profil de décollement, qui puisse s'appliquer à des écoulements de toute sorte, à dépendance temporelle quelconque, ou encore en régime turbulent, n'a été donnée.  Ce mémoire présente les limites des critères de détection du décollement connus jusqu'ici par leur application à un écoulement obtenu par simulation numérique directe. Pour palier à ces limites, on applique un récent critère de détection du décollement basé sur le champ de courbure de lignes matérielles initialement placées parallèlement à la paroi où le décollement a lieu et proche de celle-ci puis advectées sur un temps généralement petit. Ce critère est objectif, c'est-à-dire indépendant du référentiel d'observation. Les validations de ce récent critère de détection d'une empreinte du décollement, centre du pic formé par les lignes de particules au contact de la paroi, ont été réalisées sur des écoulements variés obtenus par simulation numérique directe. La simulation numérique directe a pour avantage de donner des résultats exacts sur le comportement de fluides, sans utiliser de modèles pour caractériser la turbulence. Une limite instantanée exacte du récent critère étudié lui permet de détrôner l'ensemble des définitions du décollement données jusqu'ici, permettant de détecter la formation d'un pic de particules à la paroi dans des écoulements à dépendance temporelle quelconque, avec de plus une possible détection de phénomènes de décollement hors paroi. On confirme donc que ce critère est universel.  ABSTRACT: In this work will be studied the phenomenon of separation along solid boundaries in fluid flows. Since Prandtl's study on flow separation along a no-slip boundary in 1904, many authors have given various definitions of the separation point and a separation profile. All those theories often give different results and most of them are limited to a few kinds of flows. Thus, a universal definition of separation has never been given. Using numerical results obtained from an open source Direct Numerical Simulation code, we show the limits of some of these known criteria concerning separation. One of the main goal of this study is to validate a recent criterion on detection of material spike formation along a no-slip boundary where a separation takes place, based on the curvature field of material lines, by applying it to those same flows. Using Direct Numerical Simulation allows us to obtain complex flows with arbitrary time dependence, without experimental complication. The recent theory on detection of material spike in flow separation is shown to be applicable to all kinds of flows, from steady cases to more complex time dependence. The results given are different from all known criteria, but universal. The validations made show the efficiency of material spike detection for steady, unsteady, fixed or moving separation, and even give a perception of off-wall separation, for very short integration times, with an exact instantaneous limit.


identifier: Duval, T. (2017). Quantification de la microstructure de la moelle épinière humaine par IRM et application chez des patients avec sclérose en plaques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les pathologies degeneratives de la moelle epiniere sont encore aujourd'hui mal diagnostiquees et laissent les patients dans un etat de souffrance et de doute. L'imagerie par resonance magnetique (IRM) permet d'obtenir des informations quantitatives sur la microstructure de la matiere blanche. Nous avons demontre la faisabilité d'estimer la densite et le diametre des axones dans la moelle epiniere humaine en utilisant une IRM unique au monde installee a Boston, le "scanner Connectom", capable d'atteindre des gradients de champ magnetique de r@@mT/m. Cependant cette methode ne donne qu'une information partielle de la microstructure de la matiere blanche et ne tient pas compte de la gaine de myeline entourant les axones. Cette gaine de myeline permet d'assurer une bonne conductivite des axones et peut degenerer dans certaines pathologies comme la sclerose en plaques. Nos collaborateurs de l'université McGill ont proposé de combiner cette technique avec l'IRM quantitative de la myeline afin de mesurer son g-ratio, ou ratio du diametre interne sur externe de la myeline. Durant cette these, j'ai mis en place les techniques d'IRM de la microstructure, j'ai valide ces methodes en utilisant l'histologie a large champ de vue, puis je les ai appliquees chez des patients avec sclerose en plaques pour une application clinique.  ABSTRACT: Degenerative pathologies of the spinal cord are still difficult to diagnose today, leaving patients in a state of constant suffering and constant doubt about their future. Magnetic Resonance Imaging (MRI) can gather quantitative information about the white matter microstructure by playing on the phase and relaxation of the spins. Using a unique MRI system capable of magnetic gradients of r@@mT/m, the “Connectom scanner”, we showed that neuronal fibers (axons) density and diameter can be measured in the human spinal cord in vivo using diffusion MRI. Although very informative, this method only provides a partial description of the tissue and no direct information about the myelin sheath that surrounds the axons is extracted. The myelin sheath improves the speed and frequency of action potentials that are transmitted through the axons, and an alteration of myelin integrity leads to paralysis in diseases such as multiple sclerosis. Our collaborators at McGill University proposed to combine the diffusion technique with quantitative myelin imaging technique in order to measure the thickness of the myelin sheath. In this thesis, I developed quantitative MRI techniques in the spinal cord, I validated these methods using large-scale histology, and I applied them on patients with multiple sclerosis.


identifier: Tinta, S. (2017). Effets de la composante verticale des séismes sur le comportement sismique des structures et équipements annexes aux barrages en béton  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail de recherche a eu pour but d'estimer, par la méthode des éléments finis, les effets de la composante verticale des séismes sur les spectres de plancher horizontaux et verticaux de barrages en béton avec leur réservoir. Ces spectres de plancher représentent en fonction des fréquences propres les accélérations maximales subies par les structures et équipements annexes des barrages. Afin d'atteindre le but de ce projet, deux barrages-poids de petite et de grande tailles ont été choisis. Les réservoirs de ces barrages-poids sont aussi considérés. Les composantes horizontale et verticale de trois séismes présentant des signatures temporelles et des contenus fréquentiels différents ont aussi été sélectionnées.  ABSTRACT: The purpose of this research work is to estimate, by the finite element method, the effects of the vertical component of earthquakes on horizontal and vertical floor response spectra of concrete dams with their reservoirs. These floor spectra represent, according to the natural frequencies, the maximum accelerations undergone by the structures and secondary equipments of the dams. In order to achieve the goal of this project, two gravity dams of small and large sizes were chosen. The reservoirs of these dams are also considered. The horizontal and vertical components of three earthquakes with different signatures and different frequency contents were also selected.


identifier: Ayala Meza, R. B. (2017). EEG Biometrics During Sleep and Wakefulness: Performance Optimization and Security Implications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'internet des objets et les mégadonnées ont un grand choix de domaines d'application. Dans les soins de santé ils ont le potentiel de déclencher les diagnostics à distance et le suivi en temps réel. Les capteurs pour la santé et la télémédecine promettent de fournir un moyen économique et efficace pour décentraliser des hôpitaux en soulageant leur charge. Dans ce type de système, la présence physique n'est pas contrôlée et peut engendrer des fraudes d'identité. Par conséquent, l'identité du patient doit être confirmée avant que n'importe quelle décision médicale ou financière soit prise basée sur les données surveillées. Des méthodes d'identification/authentification traditionnelles, telles que des mots de passe, peuvent être données à quelqu'un d'autre. Et la biométrie basée sur trait, telle que des empreintes digitales, peut ne pas couvrir le traitement entier et mènera à l'utilisation non autorisée post identification/authentification. Un corps naissant de recherche propose l'utilisation d'EEG puisqu'il présente des modèles uniques difficiles à émuler et utiles pour distinguer des sujets. Néanmoins, certains inconvénients doivent être surmontés pour rendre possible son adoption dans la vraie vie : 1) nombre d'électrodes, 2) identification/authentification continue pendant les différentes tâches cognitives et 3) la durée d'entraînement et de test. Pour adresser ces points faibles et leurs solutions possibles ; une perspective d'apprentissage machine a été employée. Premièrement, une base de données brute de 38 sujets aux étapes d'éveil (AWA) et de sommeil (Rem, S1, S2, SWS) a été employée. En effet, l'enregistrement se fait sur chaque sujet à l'aide de 19 électrodes EEG du cuir chevelu et ensuite des techniques de traitement de signal ont été appliquées pour enlever le bruit et faire l'extraction de 20 attribut dans le domaine fréquentiel. Deux ensembles de données supplémentaires ont été créés : SX (tous les stades de sommeil) et ALL (vigilance + tous les stades de sommeil), faisant 7 le nombre d'ensembles de données qui ont été analysés dans cette thèse. En outre, afin de tester les capacités d'identification et d'authentification tous ces ensembles de données ont été divises en les ensembles des Légitimes et des Intrus. Pour déterminer quels sujets devaient appartenir à l'ensemble des Légitimes, un ratio de validation croisée de 90-10% a été évalué avec différentes combinaisons en nombre de sujets. A la fin, un équilibre entre le nombre de sujets et la performance des algorithmes a été trouvé avec 21 sujets avec plus de 44 epochs dans chaque étape. Le reste (16 sujets) appartient à l'ensemble des Intrus.De plus, un ensemble Hold-out (4 epochs enlevées au hasard de chaque sujet dans l'ensemble des Légitimes) a été créé pour évaluer des résultats dans les données qui n'ont été jamais employées pendant l'entraînement.  ABSTRACT: Internet of Things and Big Data have a variety of application domains. In healthcare they have the potential to give rise to remote health diagnostics and real-time monitoring. Health sensors and telemedicine applications promise to provide and economic and efficient way to ease patients load in hospitals. The lack of physical presence introduces security risks of identity fraud in this type of system. Therefore, patient's identity needs to be confirmed before any medical or financial decision is made based on the monitored data. Traditional identification/authentication methods, such as passwords, can be given to someone else. And trait-based biometrics, such as fingerprints, may not cover the entire treatment and will lead to unauthorized post-identification/authentication use. An emerging body of research proposes the use of EEG as it exhibits unique patterns difficult to emulate and useful to distinguish subjects. However certain drawbacks need to be overcome to make possible the adoption of EEG biometrics in real-life scenarios: 1) number of electrodes, 2) continuous identification/authentication during different brain stimulus and 3) enrollment and identification/authentication duration. To address these shortcomings and their possible solutions; a machine learning perspective has been applied. Firstly, a full night raw database of 38 subjects in wakefulness (AWA) and sleep stages (Rem, S1, S2, SWS) was used. The recording consists of 19 scalp EEG electrodes. Signal pre-processing techniques were applied to remove noise and extract 20 features in the frequency domain. Two additional datasets were created: SX (all sleep stages) and ALL (wakefulness + all sleep stages), making 7 the number of datasets that were analysed in this thesis. Furthermore, in order to test identification/authentication capabilities all these datasets were split in Legitimates and Intruders sets. To determine which subjects were going to belong to the Legitimates set, a 90-10% cross validation ratio was evaluated with different combinations in number of subjects. At the end, a balance between the number of subjects and algorithm performance was found with 21 subjects with over 44 epochs in each stage. The rest (16 subjects) belongs to the Intruders set. Also, a Hold out set (4 randomly removed epochs from each subject in the Legitimate set) was produced to evaluate results in data that has never been used during training.


identifier: Lhachemi, H. (2017). Commande des Systèmes Aérospatiaux non Linéaires à Dimensions Finie et Infinie  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La synthèse de lois de commande pour les systèmes aérospatiaux demeure un problème complexe soumis à de multiples contraintes d'architecture, de performance et de certification. La recherche d'un rapport performance-poids minimal offrant une autonomie de fonctionnement maximisée est une problématique majeure amenant à employer des structures dont la flexibilité est sans cesse accrue. Une telle tendance amène à devoir développer des solutions de commande active des phénomènes aéroélastiques. Dans ce contexte global, cette thèse s'articule autour de deux thèmes majeurs, à savoir la commande des systèmes aérospatiaux non linéaires par la méthode du séquencement des gains et la commande des ailes d'avions flexibles modélisées par des systèmes à paramètres distribués. Dans la première partie portant sur la méthode du séquencement des gains, on s'attarde plus spécifiquement sur la problématique des termes de couplage cachés (TCC). Ces termes tirent leur origine de la variation du paramètre de séquencement dans le temps. En effet, alors que la synthèse des gains du contrôleur est effectuée en un point de fonctionnement donné supposé invariant dans le temps, l'implémentation finale voit le paramètre de séquencement varier. Cette différence de nature du point de fonctionnement entre la phase de synthèse et l'implémentation finale est la source même des TCC. Lorsque négligés ou non considérés adéquatement, ils sont à même de dégrader les performances du système bouclé, voire le déstabiliser. La première solution développée dans cette thèse pour gérer les TCC réside dans leur incorporation dans le processus de synthèse. La difficulté majeure d'une telle approche réside dans le fait que les TCC ne dépendent pas uniquement de la valeur des gains au point d'opération courant mais également de leur évolution dans un voisinage de ce dernier. Dès lors, les méthodes de synthèse classiques de contrôleurs séquencés ne permettent par leur inclusion de manière directe. La solution proposée dans cette thèse consiste à tirer profit de méthodes d'autoséquencement des gains, i.e., des méthodes de synthèse de contrôleurs séquencés dont les formules de séquencement sont fixées a priori. Trois approches sont investiguées : la synthèse H1 structurée, le placement de structure propre et une approche itérative pouvant se baser sur une méthode de synthèse quelconque. La seconde solution développée vise à s'affranchir de la problématique des TCC lors de la phase de synthèse afin de la traiter au niveau de la stratégie d'implémentation du contrôleur séquencé. La stratégie employée tire avantage de composantes de filtrage localisées en entrée et en sortie du contrôleur séquencé.  ABSTRACT: Control system development for aerospace systems remains a complex issue due to multiple architectural constraints, stringent performance requirements, and strict certification processes. As the autonomy of such systems is critical, the balance between weight and performance pushes toward structures exhibiting increased flexibility. Such a trend forces the development of active control strategies for aeroelastic phenomenon. In this context, this thesis investigates two main themes: gain-scheduling control of nonlinear aerospace systems and control of flexible aircraft wings modeled by distributed parameter systems. The first part of the thesis deals with gain-scheduling control design. The investigations are devoted to the issue of hidden coupling terms (HCTs). The occurrence of HCTs is due to the time-varying nature of the scheduling parameter. Indeed, the operating points that are supposed to be constant in the synthesis phase are time-varying in final implementation, which induces the HCTs. If not considered properly, they can result in a severe performance degradation, and even the destabilization of the closed-loop system. The first solution developed in this thesis for handling HCTs consists in the explicit inclusion of HCTs in the synthesis process. The main difficulty of such an approach comes from the fact that HCTs do not only depend on the controller gains at the current operating point, but also on their evolution around this point. Thus, classic gain-scheduled control design methods cannot include the effect of HCTs in a straightforward manner. The solution proposed in this thesis takes advantage of self-scheduling methods, i.e., gain-scheduled control synthesis methods allowing to impose a priori the scheduling functions. Three approaches are investigated: structured H1 design, eigenstructure assignment, and an iterative approach employing an arbitrary synthesis method. The second solution developed aims at avoiding the occurrence of the HCTs at the implementation level. Such a solution allows proceeding to the synthesis of the gain-scheduled controller while not considering the impact of the HCTs, as their occurrence can be avoided by an appropriate implementation. The employed strategy takes advantage of filtering components located at both input and output of the gain-scheduled controller. The validity of this scheme is confirmed by theoretical analyses ensuring that the implementation preserves the input-output behavior of the local controllers, while not affecting the internal stability properties corresponding to the uncontrollable and unobservable modes.


identifier: Morales Alvarado, R. (2017). Automated Improvement of Software Design by Search-Based Refactoring  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le coût de maintenance du logiciel est estimé à plus de 70% du coût total du système, en raison de nombreux facteurs, y compris les besoins des nouveaux utilisateurs, l'adoption de nouvelles technologies et la qualité des systèmes logiciels. De ces facteurs, la qualité est celle que nous pouvons contrôler et continuellement améliorer pour empêcher la dégradation de la performance et la réduction de l'efficacité (par exemple, la dégradation de la conception du logiciel). De plus, pour rester compétitive, l'industrie du logiciel a raccourci ses cycles de lancement afin de fournir de nouveaux produits et fonctionnalités plus rapidement, ce qui entraîne une pression accrue sur les équipes de développeurs et une accélération de l'évolution de la conception du système. Une façon d'empêcher la dégradation du logiciel est l'identification et la correction des anti-patrons qui sont des indicateurs de mauvaise qualité de conception. Pour améliorer la qualité de la conception et supprimer les anti-patrons, les développeurs effectuent de petites transformations préservant le comportement (c.-à-d., refactoring). Le refactoring manuel est coûteux, car il nécessite (1) d'identifier les entités de code qui doivent être refactorisées ; (2) générer des opérations de refactoring pour les classes identifiées à l'étape précédente ; (3) trouver le bon ordre d'application des refactorings générés, pour maximiser le bénéfice pour la qualité du code et minimiser les conflits. Ainsi, les chercheurs et les praticiens ont formulé le refactoring comme un problème d'optimisation et utilisent des techniques basées sur la recherche pour proposer des approches (semi) automatisées pour le résoudre. Dans cette thèse, je propose plusieurs méthodes pour résoudre les principaux problèmes des outils existants, afin d'aider les développeurs dans leurs activités de maintenance et d'assurance qualité. Ma thèse est qu'il est possible d'améliorer le refactoring automatisé en considérant de nouvelles dimensions : (1) le contexte de tâche du développeur pour prioriser le refactoring des classes pertinentes ; (2) l'effort du test pour réduire le coût des tests après le refactoring ; (3) l'identification de conflit entre opérations de refactoring afin de réduire le coût de refactoring ; et (4) l'efficacité énergétique pour améliorer la consommation d'énergie des applications mobiles après refactoring.  ABSTRACT: Software maintenance cost is estimated to be more than 70% of the total cost of system, because of many factors, including new user's requirements, the adoption of new technologies and the quality of software systems. From these factors, quality is the one that we can control and continually improved to prevent degradation of performance and reduction of effectiveness (a.k.a. design decay). Moreover, to stay competitive, the software industry has shortened its release cycles to deliver new products and features faster, which results in more pressure on developer teams and the acceleration of system's design evolution. One way to prevent design decay is the identification and correction of anti-patterns which are indicators of poor design quality. To improve design quality and remove anti-patterns, developers perform small behavior-preserving transformations (a.k.a. refactoring). Manual refactoring is expensive, as it requires to (1) identify the code entities that need to be refactored; (2) generate refactoring operations for classes identified in the previous step; (3) find the correct order of application of the refactorings generated, to maximize the quality effect and to minimize conflicts. Hence, researchers and practitioners have formulated refactoring as an optimization problem and use search-based techniques to propose (semi)automated approaches to solve it. In this dissertation, we propose several approaches to tackle some of the major issues in existing refactoring tools, to assist developers in their maintenance and quality assurance activities.


identifier: Beckham, C. (2017). Techniques in Ordinal Classification and Image-to-Image Translation  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette thèse, nous explorons deux thèmes de recherche dans le domaine de l'apprentissage en profondeur et de l'imagerie médicale. La première est dans la classification ordinale, dans laquelle les classes à prévoir sont discrètes mais ont une relation d'ordonnancement. Les distributions de probabilités sous les classes ordinales peuvent posséder des propriétés indésirables, comme la non-unimodalité. Nous proposons une technique simple pour contraindre les distributions de probabilités ordinales discrètes à être unimodales par l'utilisation des distributions de Poisson et des distributions de probabilités binomiales. Nous évaluons cette approche sur la base d'une estimation de l'âge et d'un ensemble de données Kaggle sur la rétinopathie diabétique et obtenons des résultats compétitifs. Nous supposons que la contrainte d'unimodalité – en plus de rendre les distributions de probabilité plus interprétables – agit comme un régularisateur qui peut atténuer le dépassement, surtout dans un régime de données faible. Dans le second thème, nous explorons la traduction d'image à image contradictoire et motivons leur utilité dans le cadre d'un apprentissage semi-supervisé. Nous évaluons une méthode existante et en proposons une nouvelle que nous évaluons sur plusieurs bases de données comme celles utilisées dans notre travail sur la classification ordinale. Dans ce dernier cas, nous voulons établir une correspondance entre le domaine des scanners de patients symptomatiques et celui des scanners de patients non symptomatiques. Cela forme effectivement un modèle qui peut démêler les facteurs de variation sous-jacents et apprendre à détecter et à supprimer les zones symptomatiques de l'image, ce qui pourrait être exploité de plusieurs façons, comme aider un réseau qui s'appuie sur des étiquettes riches, ou générer des exemples synthétiques. Nous présentons des résultats qualitatifs intéressants et motivons plusieurs pistes prometteuses pour l'avenir.  ABSTRACT: In this thesis we explore two research topics within the realm of deep learning and medical imaging. The first is in ordinal classification, in which the classes to be predicted are discrete but have an ordering relation. Probability distributions under ordinal classes can possess undesired properties, such as non-unimodality. We propose a straightforward technique to constrain discrete ordinal probability distributions to be unimodal via the use of the Poisson and binomial probability distributions. We evaluate this approach on an age estimation and Kaggle diabetic retinopathy dataset and obtain competitive results. We conjecture that the unimodality constraint – in addition to making the probability distributions more interpretable – acts as a regulariser which can mitigate overfitting, especially in a low data regime. In the second topic, we explore adversarial image-to-image translation and motivate their utility within the framework of semi-supervised learning. We evaluate an existing method and propose a new one which we evaluate on several datasets such as the ones employed in our work on ordinal classification. In the case of the latter, we want to map from the domain of symptomatic patient scans to non-symptomatic patient scans. This effectively trains a model which can disentangle the underlying factors of variation and learn to detect and remove symptomatic regions in the image, which could be leveraged in several ways, such as aiding a network which relies on rich labels, or generating synthetic examples. We present some interesting qualitative results and motivate several promising avenues to take for the future.


identifier: Faraj, T. A. L. (2017). The Effect of Zooplankton on the Survival of Escherichia Coli in Microcosms (SDI)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Escherichia coli, une des bactéries indicatrices fécales les plus couramment utilisées, joue un rôle clé dans le suivi et l'évaluation de la qualité de l'eau. Comprendre son devenir en tenant compte de divers facteurs environnementaux (ex. prédation par le zooplancton) est essentiel pour évaluer la qualité microbiologique de l'eau et de protéger le consommateur. De nombreuses études ont été menées sur les effets de la température, de l'irradiation solaire ou des nutriments. Quelques données limitées démontrent l'effet du broutage par le protozooplancton (nanoflagellés et ciliés hétérotrophes) sur le devenir d'E. coli dans l'eau. Cependant, la capacité du métazooplancton à influencer ou à contrôler l'indicateur fécal dans l'eau reste encore peu comprise, malgré l'omniprésence de cette communauté planctonique dans nos ressources aquatiques.  ABSTRACT: Escherichia coli is one of the most commonly used fecal indicator bacteria (FIB), and thereby plays a key role in water quality monitoring and assessment. Understanding its fate under a variety of environmental factors (ex. predation by bacterivorous zooplankton) is essential for the assessment of water quality to ensure public health. Much research has been done on the effects of temperature, sunlight irradiation, or nutrient scarcity. Limited knowledge has been generated on the effect of protozooplankton grazing (heterotrophic nanoflagellates and ciliates) on the fate of E. coli in water. In contrast, the capability of metazooplankton communities - which are widespread in freshwater ecosystems - to impact or control the fecal indicator in water remains poorly understood.


identifier: Smith, J. (2017). Renforcement sismique de piles de pont trapues par chemisage en béton fibré à ultra-hautes performances  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La majorité des ouvrages conçus avant 1980 ne répondent pas aux normes sismiques actuelles puisqu'à l'époque les exigences à ce niveau étaient moins élevées qu'aujourd'hui et surtout certaines considérations usuelles relatives au design de l'époque ont démontré leurs incapacités à résister aux charges sismiques. Depuis, les connaissances dans le domaine et les avancées technologiques des outils de calcul ont permis de comprendre davantage la réponse structurale à ces phénomènes rares pouvant néanmoins causer des dommages structuraux importants.  ABSTRACT: Most of bridges built before the '80s do not respect current code requirements. At that time, seismic elated specifications were less severe than today's and, mostly, some design methods used then are now proved to be wrong against loads due to earthquakes which can cause many considerable damages on structures. Many developments in seismic design from then were made, and they have helped to understand the seismic response better. Technology progress has also contributed to improving calculus methods. These bridges having major seismic design disabilities need some reinforcement to have a congruent design mostly on piers which are the structural element where plastic deformations are permitted to reduce seismic forces and hence, protect other structuralelements.


identifier: Benavente Miana, M. (2017). Viscoelastic Distortion During Manufacturing and Post-Curing of Thermoset Composites: Characterization and Modeling  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation des matériaux composites à matrice organique (CMO) thermodurcissable dans l'industrie aérospatiale ne cesse d'augmenter, comme le montre le développement des moteurs LEAP de Safran et General Electrics ou les avions C-series de Bombardier. Ces matériaux possèdent un rapport rigidité/masse plus avantageux ainsi qu'une meilleure résistance à la corrosion et à la fatigue que les alliages métalliques. Ces avantages font des matériaux composites d'excellents candidats pour des applications de haute performance. Cependant, leur utilisation pour des composants structuraux a été restreinte de par leur faible résistance au délaminage (particulièrement les composites stratifiés) et leur instabilité géométrique suite à la fabrication. Depuis les années 1960, des renforts tridimensionnels (3D) ont été développés pour améliorer la résistance à l'impact et au délaminage des composites. Les instabilités géométriques sont essentiellement attribuables aux contraintes résiduelles qui se développent pendant la fabrication. Le retrait chimique de la résine, l'incompatibilité des coefficients de dilatation thermique du renfort et de la matrice et l'interaction entre la pièce et le moule sont connus pour être les principaux mécanismes responsables de la génération des contraintes résiduelles. Ces distortions sont préjudiciables pour les profils aérodynamiques, comme celui des aubes soufflantes. L'industrie aérospatiale déploie donc des efforts considérables pour les éviter. Actuellement, les moules et les paramètres de fabrication sont modifiés suivant une méthode essais-erreurs pour tenir compte de la distortion induite au cours du procédé de fabrication. Il est donc essentiel de développer une méthodologie numérique pour concevoir les moules et déterminer les paramètres de fabrication réduisant les instabilités géométriques.  Ce travail vise à comprendre l'origine physique de la distortion résiduelle rencontrée dans des pièces composites pendant le cycle de post-cuisson et à développer un outil numérique pour prédire les contraintes résiduelles et la distortion géométrique induites au cours d'un cycle de fabrication de moulage par transfert de résine (Resin Transfer Molding, RTM). Premièrement, une nouvelle hypothèse basée sur le comportement viscoélastique des composites a été présentée pour expliquer l'évolution de la distortion géométrique de pièces ayant été soumises à un cycle de post-cuisson. Elle suppose que du fluage peut être observé pendant le cycle de post-cuisson réalisé à l'extérieur du moule de fabrication, augmentant ainsi la distorsion géométrique des pièces. Pour valider cette hypothèse, six plaques bilames à renforts 3D interlock ont été fabriquées et soumises à différents cycles de post-cuisson.  ABSTRACT: This thesis aimed at understanding the physical origins of process-induced residual distortion in composite parts during the post-curing process and to develop a numerical tool to predict the residual stresses and geometrical distortion developed during Resin Transfer Molding (RTM) and post-curing processes. Firstly, an hypothesis based on the composite's  viscoelastic behavior was presented to explain the geometrical distortion evolution encountered in parts after being submitted to a free-standing post-curing cycle. This hypothesis states that creep strains can develop during the heating and isotherm phases of a free-standing post-curing process, thus increasing the part's geometrical distortion. To validate this hypothesis, six flat plates with a [0/90] lay-up configuration reinforced with a three dimensional interlock woven fabric were manufactured and submitted to different post-curing cycles. The geometrical distortion was measured after the manufacturing cycle using a Linear Variable Differential Transducer (LVDT) and during the post-curing cycle by digital image analysis. The results showed that the geometrical distortion could increase by up to 20 % after once the plate is submitted to a free-standing post-curing cycle. Moreover, it was found that the post-curing geometrical distortion evolution was time and temperature dependent. A rigorous and comprehensive review of the numerical models generally used in the literature to predict residual stresses and geometrical distortions developed during the manufacturing process of composite parts is presented. The validity and accuracy of elastic (i.e., CHILE), viscoelastic and path-dependent models and their implementation into a finite element software have been analyzed by computing the stresses and strains evolution during single element simulations exposed to thermal and mechanical cycles. The results revealed that the instantaneous-elastic and path-dependent models were not suitable for simulations where the mechanical properties evolve during the analysis. Finally, a sequentially modular approach was developed to simulate the thermo-chemomechanical phenomena involved in the manufacturing and post-manufacturing processes. The geometrical distortion developed during the manufacturing of asymmetric plates was computed using thermo-elastic and viscoelastic models was compared to those measured experimentally after the RTM manufacturing and during the post-curing process. It was found that elastic and viscoelastic models predicted similar residual stresses and geometrical distortion evolution during the studied RTM manufacturing process and led to discrepancies lower than 5 %, when compared to experimental measurements.