identifier: Perez-Pulido, R.-Y. (2021). Analyse expérimentale des écoulements transitoires diphasiques dans le système de drainage urbain  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les problèmes de fonctionnement et le remplissage rapide des réseaux de drainage peuvent générer un front d'onde de pressurisation, par lequel l'air peut être emprisonné et devenir fortement pressurisé. De plus, pendant le processus de vidange et de retour à l'état normal, un front d'onde de dépressurisation est généré, l'air peut pénétrer dans les réseaux d'égouts et une pression sous-atmosphérique peut se produire dans les réseaux. Notez que pendant les processus de pressurisation et de dépressurisation, l'infrastructure hydraulique peut être sérieusement endommagée. Les conséquences peuvent inclure l'explosion ou l'effondrement de canalisations, la pollution de la nappe phréatique ou des inondations. Par conséquent, les écoulements transitoires dans les réseaux de drainage peuvent être étudiés suivant deux types d'expériences différents. Dans le premier type, le processus de vidange d'un écoulement sous pression est simulé dans deux conditions initiales différentes : 1) lorsque l'eau est stagnante dans la canalisation (débit nul) et 2) lorsque l'eau se déplace à une vitesse constante (débit permanent). Dans le deuxième type, un écoulement partiellement pressurisé, dont un écoulement pressurisé en amont et un écoulement à surface libre en aval, est développé dans la canalisation, qui est alimentée par un réservoir connecté à l'extrémité amont. L'air présent sur la surface de l'eau en écoulement à surface libre est attrapé en obstruant soudainement l'extrémité aval. Notez que les résultats de cette expérience sont également utilisés pour étudier l'effet du comportement d'instabilité des pertes par frottement sur la simulation numérique des variables d'écoulement, y compris la pression et le débit.  ABSTRACT: The operational problems and rapid filling of sewer network systems can generate a pressurization wavefront, by which the air can be entrapped and get highly pressurized. Also, during the emptying process and returning to the normal condition, a depressurization wavefront is generated, the air can enter the sewer network systems, and a sub-atmospheric pressure can occur in the systems. Note that, during both pressurization and depressurization processes, the hydraulic infrastructure can be seriously damaged. The consequences can include burst, collapse, contamination of the water table, or flooding. Therefore, the transient flows in sewer network systems are studied in two different experiments. In the first experiment, the emptying process of a pressurized flow is simulated under two different initial conditions: 1) when the water is stagnant in the pipe (zero flow) and 2) when the water flows at a constant rate (steady flow). In the second experiment, a partially pressurized flow, a pressurized flow at upstream, and a free-surface flow at downstream, is developed in a pipe, which is supplied by a reservoir connected at the upstream end. The air existing at the top of the free-surface flow is entrapped by suddenly obstructing the downstream end. Note that the results of this experiment are also used to study the effect of unsteadiness behavior of friction losses in numerically simulating the flow variables, including pressure and flow rate.


identifier: Ferradou, L. (2021). Comparaison des méthodes explicite et implicite pour la modélisation numérique des interactions barrage-réservoir et des interfaces béton-roc  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire propose une comparaison entre plusieurs approches de modélisation du comportement sismique des barrages poids en béton par la méthode des éléments finis couplée à des des analyses dynamiques implicites ou explicites. Cette comparaison s'articule autour de deux volets principaux de l'analyse de la sécurité sismique des barrages. Dans un premier temps, le projet s'intéresse à différentes approches et hypothèses reliées à la modélisation de l'interactions barrage-réservoir. Dans un second temps, plusieurs techniques de modélisation non-linéaire des interfaces barrage-fondation sont évaluées dans le cadre d'un exemple simple. La comparaison des approches de modélisation de l'interaction barrage-réservoir est effectuée en étudiant les effets séparés de plusieurs hypothèses. La réponse modale ainsi que les courbes de réponse en fréquence sont validées pour le barrage seul, dans le but d'éliminer les incertitudes reliées à la modélisation de la structure. Une procédure d'obtention des courbes de réponse en fréquence est décrite dans le domaine temporel, car certains outils ne permettent pas d'analyser dans le domaine fréquentiel un système barrage-réservoir. Des analyses dynamiques sismiques sont conduites avec un système barrage-réservoir. L'eau du réservoir est définie selon deux formulations : (i) lagrangienne couplée avec des analyses explicites, et (ii) eulérienne couplée avec les analyses implicites. Les spectres de plancher obtenus à la crête du barrage avec ces deux formulations du réservoir sont alors comparés. L'effet de la définition de l'interface barrage-réservoir sur la réponse sismique du système est aussi évalué, notamment en étudiant la performance de deux types d'interfaces barrage-réservoir couramment utilisées dans la littérature. La comparaison se poursuit avec l'étude de l'effet du choix des conditions frontières appliquées en amont du réservoir. Le modèle explicite proposé utilise des couches absorbantes PML (Perfectly Matched Layer). La méthode des forces effectives est présentée conjointement à l'utilisation des PML. Le spectre de plancher obtenu avec le PML est comparé avec celui obtenu pour une analyse implicite utilisant une condition aux frontières infinie.  ABSTRACT: This thesis presents a comparison between several approaches to model the seismic behaviour of concrete gravity dams using the finite element method coupled with implicit and explicit dynamic analyses. This comparison is articulated about two main components related to the seismic safety assessment of gravity dams. The focus is first on different assumptions and approaches related to the modeling of dam-reservoir interactions. Secondly, several techniques to model the non-linear behaviour of dam-foundation interfaces are evaluated using a simple example of a concrete block sliding on a rock block. The approaches used to model dam-reservoir interactions are compared by separately investigating the effects of various assumptions. The modal response and frequency response curves are validated for the dam alone to eliminate uncertainties related to the modeling of the structure itself. A procedure to obtain frequency response curves in time domain is proposed. Dynamic seismic analyses of a dam-reservoir system are then conducted. The reservoir is defined according to two formulations: (i) a Lagrangian fluid coupled with explicit analyses (ii) an Eulerian fluid coupled with implicit analyses. The floor response spectra obtained at dam crest with these two reservoir formulations are then compared. The effects of the definition of the dam-reservoir interface on the seismic response of the system are assessed, while focusing on the performance of two types of dam-reservoir interfaces commonly used in the literature. The two approaches are also compared by investigating the effects of the selection of the boundary conditions applied at the upstream face of the reservoir. The proposed explicit model uses Perfectly Matched Layers (PML). The effective force method is applied in conjunction with the use of PML. Floor response spectra obtained using explicit analyses and the PML are compared to those using implicit analyses and an infinite boundary condition.


identifier: Darrou, A. (2021). Modélisation longitudinale de l'usage d'un réseau de transport collectif  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La compréhension des évolutions de la fréquentation d'un réseau de transport en commun est une caractéristique importante dans la gestion d'une société de transport collectif. Avoir une prévision de l'achalandage futur sur un réseau de transport permet d'anticiper les changements et ainsi d'adapter l'offre à la demande. Suite à des augmentations de l'achalandage à sein du réseau de la Société de transport de l'Outaouais (STO - Gatineau, Québec, CA), le besoin pouvoir prévoir l'évolution de l'achalandage futur a été formulé. L'objectif de ce mémoire est de comprendre et d'estimer les évolutions de la fréquentation du réseau de bus à moyen terme. Sans un modèle de prévision de l'achalandage, il est difficile d'identifier et principalement de quantifier l'effet des facteurs influençant la demande. Aucune décision stratégique ne peut donc être prise avec certitude. La problématique majeure concerne l'anticipation d'acquisition de ressources matérielles et humaines. Un modèle de prévision longitudinale de la fréquentation du réseau de transport est donc mis en place dans ce mémoire.  ABSTRACT: Understanding the evolution of ridership on a transit system is an important feature in the management of a public transit company. Having a forecast of future ridership on a transit system allows to anticipate changes and thus to adapt the level of supply to the demand. The Société de transport de l'Outaouais (STO - Gatineau, Quebec, CA) has expressed the need to forecast ridership on its network. The objective of this paper is to understand and estimate the evolution of the bus network ridership in the medium term. Without a ridership forecasting model, it is difficult to identify and primarily quantify the effect of factors influencing demand. Therefore, no strategic decision can be made with certainty. The main problem concerns the anticipation of the acquisition of material and human resources. A longitudinal forecasting model of the transport network's use is therefore implemented in this research. The development of a longitudinal forecasting model suited for the study area is determined by comparing several models to determine the most relevant one. The study is organized around several steps. The literature review identifies a panel of potential models. The retrospective analysis of transit demand and indicators of the Gatineau region confirms which forecasting models are to be estimated and the explanatory factors to be used. These models are then implemented at three different levels of aggregation: the overall network, the municipal sectors and a specific level of aggregation determined to meet the project objectives. The performances of the forecasting models are then compared to determine the most appropriate for the network in question.


identifier: Koalaga, S. R. (2021). Utilisation des jauges de déformation et des centrales inertielles pour améliorer l'identification des intentions de mouvement  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les études récentes ont démontré que les signaux provenant des capteurs d'électromyographie de surface pouvaient être utilisés pour identifier les intentions de mouvements. Ces capteurs sont souvent combinés à d'autres types de capteurs afin d'augmenter la dimensionnalité des données. La combinaison entre les capteurs d'électromyographie de surface et les centrales inertielles est la méthode de détection multimodale la plus couramment utilisée. De nos jours, cette combinaison est utilisée pour identifier l'intention de mouvement chez l'Homme, par ex. pour contrôler leur prothèse ou exosquelette. Cependant, les capteurs d'électromyographie présentent différents inconvénients, par exemple ils nécessitent généralement deux électrodes placées sur deux sites de la peau, ce qui les rend encombrants. La fréquence d'acquisition des signaux électromyographiques est généralement de 1000Hz ce qui réduit le nombre de capteurs qui peuvent être utilisés simultanément. Les dispositifs embarqués utilisent généralement que 2 ou 3 de ces capteurs en raison des requis élevés en mémoire et en puissance de calcul nécessaires pour traiter ces informations. Aussi, ces capteurs sont également très sensibles aux bruits. Cette nature variable des signaux d'électromyographie a motivé la recherche de solutions pouvant utiliser plusieurs capteurs fonctionnant à des fréquences d'acquisitions plus basses pour les applications quotidiennes. L'objectif de ce mémoire de maîtrise est de développer un système portable permettant d'identifier les intentions de mouvement en combinant des jauges de déformation et des centrales inertielles. Le système développé est composé de deux bracelets utilisant chacun six jauges de déformation connectées à un PCB flexible et deux centrales inertielles. Physiologiquement, les jauges de déformation mesurent la déformation de la peau due aux contractions musculaires tandis que les centrales inertielles fournissent des données complémentaires sur la cinématique du mouvement. Les données ont été collectées sur sept personnes saines. Un algorithme de classification utilisant une combinaison entre un réseau de neurones récurrents et un réseau de neurones convolutif a permis d'identifier neuf mouvements du membre supérieur ainsi qu'un mouvement dit de repos. L'algorithme de classification a atteint une précision de classification de 89.3% en utilisant uniquement les signaux des jauges de déformations. L'ajout des informations cinématiques a produit une augmentation de la précision de classification de 5,8 % pour atteindre 95.1%. Ces résultats démontrent le grand potentiel d'un tel système à identifier les intentions de mouvements.  ABSTRACT: Recent studies have shown that signals obtained from electromyography sensors can be used to identify human movement intentions. These sensors are often paired with other types of sensors to increase the dimensionality of the data. The combination of surface electromyography sensors and inertial units is the most commonly used multimodal sensor technique. Nowadays, this combination is used to identify the intention of movement in humans, e.g. to control their prosthesis or exoskeleton. However, electromyography sensors have various drawbacks. These sensors generally require two electrodes placed at two sites on the skin, which makes them bulky. Additionally, the frequency of acquisition of electromyography signals is generally about 1000Hz which reduces the number of sensors that can be used simultaneously. Indeed, on-board devices generally use 2 or 3 of these sensors because of the high memory and computing power required to process the information. These sensors are also very sensitive to noise. The variable nature of electromyography signals has motivated the search for alternatives that can utilize multiple sensors operating at lower frequencies for everyday applications. The objective of this study is to develop a newly portable system to identify movement intentions by combining strain gauges and inertial units. The system is composed of 1. two bracelets each using six strain gauges, connected to a flexible PCB and 2. two inertial units. Physiologically, strain gauges measure the deformation of the skin due to muscle contractions while inertial units provide additional data on the kinematics of movement. Data was collected from seven healthy subjects. A classification algorithm based on a combination of a recurrent neural network and a convolutional neural network has identified nine upper limb movements as well as one rest movement. The classification algorithm achieved a classification accuracy of 89.31% using only the signals from the strain gauges. By adding the kinematic information yielded an increase in classification accuracy of 5.74% to obtain a final accuracy of 95.05%. These results show the great potential of using such a system to accurately identify movement intentions.


identifier: Goupil, V. (2021). Analysis and Modelling of Li-Ion Cells Degassing and Combustion under Thermal Runaway  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'emballement thermique est un phénomène inhérent aux cellules lithium-ion à électrolyte liquide. Il se caractérise par une montée soudaine en température suivie d'une éjection de gaz à haute vitesse généralement accompagnée d'une flamme. Le phénomène ne dure que quelques secondes (i.e. entre 5 s et 30 s) mais libère une grande quantité d'énergie (i.e. jusqu'à 100 kJ) et de gaz inflammables et toxiques. Dans ce travail, une revue de littérature sur l'emballement thermique est d'abord présentée. Celle-ci décrit le phénomène, retrace les différentes normes industrielles liées à cette instabilité thermique et présente les effets de paramètres tels que l'état de charge (SOC) et le vieillissement sur le comportement des cellules durant l'emballement thermique. Ensuite, des tests expérimentaux permettant d'étudier les effets du taux de chauffe et du vieillissement sont réalisés à l'aide d'un calorimètre à cône couplé à un système de chauffe. La composition du relâchement gazeux est étudiée grâce à un spectromètre de masse et deux spectromètres à particule permettent d'obtenir les distributions de taille. Des mesures de température par thermographie infrarouge sont aussi réalisées à l'aide d'une caméra multispectrale. Enfin, trois modélisations numériques de la combustion sont implémentées dans l'environnement Cantera. Cette étude montre que le taux de chauffe a une influence sur la température initiale de l'emballement thermique, celle-ci étant plus importante lorsque la montée en température est plus rapide. Le taux de chauffe impacte aussi la chronologie de l'emballement thermique (i.e. emballement thermique spontané ou non). Les effets du vieillissement ne sont pas clairement identifiés dans le faible nombre d'expériences réalisées mais l'énergie dégagée durant l'emballement thermique semble être minimale pour les cellules vieillies de manière cyclique. Plusieurs espèces gazeuses (H2, H2O, CO2, DMC, C3H6, C6H6 et LiF) sont identifiées durant deux phases distinctes de dégazage. Deux pics de concentration sont identifiés dans la distribution de taille de particules, le premier se situant pour des particules de diamètre inférieur à 50 nm et le deuxième pour des particules de diamètre compris entre 100 nm et 150 nm. Enfin, les modélisations de combustion permettent d'approximer les températures de flamme produites lors des expériences d'emballement thermique et d'identifier les produits de combustion.  ABSTRACT: The thermal runaway is a phenomenon inherent to lithium-ion cells with liquid electrolyte, characterized by a sudden rise in temperature followed by a high-speed gas ejection that generally results in a flame. The phenomenon lasts only a few seconds (i.e. between 5 s and 30 s) but releases a large amount of energy (i.e. up to 100 kJ) as well as flammable and toxic gases. In this work, a state of the art on the thermal runaway of Li-ion cells is first presented. It describes the phenomenon, gives an overview of the different industrial standards associated with this thermal instability, and presents the effects of parameters such as the state of charge (SOC) and cell ageing. The second part presents experimental tests that allow the effects of heating rate and ageing to be studied, carried out using a cone calorimeter coupled to a heating system. The outgassing composition is studied with a mass spectrometer and the particle distributions are obtained using two particle-size spectrometers. Temperature measurements based on infrared thermography are performed with a multispectral camera. Finally, three numerical models for the combustion of the outgassing are implemented in the Cantera software. This study shows that the heating rate has an influence on the initial temperature of the thermal runaway, the latter being higher when the temperature increases more rapidly. The heating rate also impacts the timeline of the thermal runaway (i.e. spontaneous thermal runaway or not). The effects of ageing are not clearly identified because of the relatively small number of tests, but the heat release seems minimal for cells subjected to cyclic ageing. Several gas species (H2, H2O, CO2, DMC, C3H6, C6H6 and LiF) are identified during two distinct degassing phases. Two peaks are identified in the particle size distribution, the first one being for particles with a diameter smaller than 50 nm and the second one for particles with a diameter between 100 nm and 150 nm. Finally, the combustion models allow an approximation of the flame temperatures reached during the thermal runaway tests and the identification of the combustion products.


identifier: Knuchel, G. (2021). Modélisation numérique des ondes de crues et de leurs impacts sur les structures en amont incluant les effets d'un couvert de glace  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les crues extrêmes sont parmi les causes les plus importantes de dégâts aux structures, voire leur défaillance. Les changements climatiques renforcent l'ampleur de ces crues extrêmes et les rendent aussi plus fréquentes. Elles deviennent ainsi plus complexes à prédire et plus dévastatrices. Dans les régions où les températures demeurent négatives pendant plusieurs mois de l'année, la formation de couverts de glace sur les rivières entraînent de nouvelles variables dans l'analyse de ces phénomènes extrêmes ajoutant ainsi à la complexité de la prédiction de leurs effets. La compréhension et la maîtrise des outils numériques utilisés dans de tels problèmes d'écoulement turbulents sont donc primordiales. À cet effet, des études comparatives sont généralement requises pour vérifier les effets de certaines hypothèses et des approches numériques utilisées. Ce mémoire présente le développement de modèles numériques simulant la propagation d'une onde de crue dans un canal couvert. Deux approches numériques couramment utilisés en dynamique des fluides sont étudiées et comparées à la lumière de résultats expérimentaux. D'une part, la méthode des éléments finis programmée dans le logiciel ADINA, et d'autre part la méthode des volumes finis programmée dans le logiciel OpenFOAM. La modélisation et l'analyse d'un cas simple d'écoulement avec un obstacle en aval a d'abord permis de comparer les performances des approches numériques et d'identifier les paramètres le plus importants des modèles. Le modèle de turbulence k −!SST a été sélectionné pour la suite des analyses grâce à sa capacité à prendre en compte efficacement les effets proches des parois mais aussi en surface libre.  ABSTRACT: Extreme floods are among the most important causes of structural damage and failure. Climate change has been responsible for the growing magnitude of such extreme events and their frequency. Therefore, they are more difficult to predict and more devastating. In regions where temperatures remain negative for several months of the year, the formation of ice cover on rivers adds new variables to the analysis of these extreme phenomena, adding to the complexity of predicting their effects. Understanding and mastering the numerical tools used in such turbulent flow problems is therefore essential. To this end, comparative studies are generally required to verify the effects of some assumptions and the numerical approaches used. This thesis presents the development of numerical models simulating the propagation of a flood wave in a covered channel. Two numerical approaches commonly used in computational fluid dynamics are studied and compared in the light of experimental results: the finite element method programmed in the ADINA software, and the finite volume method programmed in the OpenFOAM software. The modeling and analysis of a simple case of water flow with an downstream obstacle were used to compare the performances of the numerical approaches and to identify the most important parameters of the models. The k − !SST turbulence model was selected for further analyses because of its ability to efficiently take into account the effects close to the boundaries but also at free surface.


identifier: Topfer, R. (2021). Local Coils and Prospective Shimming for MRI of the Spinal Cord  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plus de 85,000 de canadiens sont victimes des pathologies de la moelle épinière dont les effets peuvent impliquer des difficultés motrices, sensorielles, et fonctionnelles. Le développement de biomarqueurs quantitatifs pourrait permettre les médecins de mieux prédire les résultats de traitements médicaux pour les pathologies de la moelle épinière afin de mieux les adapter aux patients individuels. À cet effet, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pourrait servir grâce à sa capacité unique à générer plusieurs contrastes d'images qui, en fonction des paramètres d'acquisition, peuvent être adaptés afin de refléter diverses propriétés tissulaires et processus physiologiques. La moelle épinière présente un défi pour les techniques l'IRM avancées. Au sein de son environnent anatomique, la susceptibilité magnétique est très hétérogène, ce qui conduit à des variations importantes du champ magnétique (B0) dans la moelle épinière elle-même. Ceux-ci entraînent fréquemment une variété d'artefacts d'image tels que la perte de signal et la distorsion géométrique. De plus, en raison de sa proximité aux poumons, la moelle épinière est soumise à des variations temporelles du champ B0 liées à la respiration du patient, ce qui peut entraîner encore plus d'artefacts (par exemple, des problèmes de flou et d'incohérence de signal). De fait, plusieurs des méthodes d'IRM qui ont été développées pour le cerveau (par exemple, l'IRM fonctionnelle, l'IRM de diffusion, et l'imagerie spectroscopique) ne fonctionnent pas aussi bien au niveau de la moelle épinière. L'élimination de la variation de champ magnétique statique (généralement connue sous le nom de « shimming ») est généralement effectuée à l'aide de réseaux de grandes bobines inductives intégrées dans le scanner IRM. Bien qu'utile, la correction conventionnelle reste insuffisante pour la moelle épinière. Pour répondre aux défis de l'inhomogénéité du champ B0, ce projet comprend le développement de nouveaux appareils (des matrices de shims locaux) dédiés à la moelle épinière et de nouvelles stratégies d'optimisation (une correction prospective qui combat les effets de la respiration en temps-réel). En conséquence, des améliorations aux images écho-gradient (GRE) et échoplanaires (EPI) sont démontrées.  ABSTRACT: Over 85,000 Canadians suffer from pathologies of the spinal cord—a condition that often entails motor, sensory, or functional losses. The development of quantitative imaging biomarkers could provide physicians with a better means of predicting treatment outcomes, for instance, to avoid unnecessary surgeries. To this purpose, magnetic resonance imaging (MRI) could prove useful given its ability to produce a variety of image contrasts which, by adjusting the acquisition parameters, can be tailored to reflect a range of tissue properties and physiologic functions. The spinal cord presents a challenge to advanced MRI techniques. The magnetic susceptibility of its anatomical surroundings is highly heterogeneous, which leads to significant magnetic field (B0) variation in the spinal cord itself. This frequently results in a variety of image artifacts, such as signal loss and geometric distortion. Moreover, the proximity of the spinal cord to the lungs produces significant temporal field variation during respiration which can result in additional problems such as blurred images and inconsistent signal measurements. As a result, many of the advanced MRI techniques developed for the brain (e.g., functional fMRI, diffusion, and spectroscopic imaging) remain impractical for the spinal cord. Eliminating static magnetic field variation (generally known as shimming) is commonly performed using arrays of large inductive coils integrated into the MRI scanner. While useful, conventional static shimming nevertheless remains inadequate for the spinal cord. To address the challenges of B0 field inhomogeneity, this work aims to develop new approaches to shimming to meet the particular the demands of MRI of the spinal cord. Through the use of new dedicated hardware (local shim arrays) and tailored optimization strategies (e.g. realtime/ prospective shimming to combat the effects of respiration), improvements to gradient-echo (GRE) and echo-planar images (EPI) are demonstrated.


identifier: Vasfi Marandi, M. (2021). Numerical Study of Cavitating Flow Over a Hydrofoil  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En raison de la complexité du champ d'écoulement cavitant et des fluctuations soudaines de pression autour des aubes des machines hydrauliques, la modélisation de la cavitation est un problème très difficile, et comme elle a de nombreux effets néfastes dans de nombreuses industries telles que l'industrie hydraulique, cela a été un sujet de recherche très actif au cours des dernières décennies. Étant donné que les variations de turbulence près d'un profil hydraulique peuvent entraîner une sous-estimation dans la prédiction de la pression locale, des pressions inférieures à la pression de saturation peuvent être prédites. Par conséquent, le choix du bon modèle de turbulence qui modélise la viscosité de manière appropriée est d'une grande importance. La recherche actuelle est effectuée à l'aide du solveur commercial ANSYS-Fluent 16.1 et elle est consacrée à la modélisation des écoulements cavitants à différents nombres de Thoma (σ) autour d'un profil NACA66. À cet égard, dans le chapitre 3, le modèle de cavitation Zwart-Gerber-Belamri couplé à l'approche de modélisation multiphase mixte ainsi que le modèle de turbulence standard k−ε (SKE) est appliqué, et la précision des prédictions numériques effectuées est étudiée. Ensuite, l'effet de certains autres paramètres sur la simulation en régime permanent tels que la densité du maillage, les critères de convergence, divers modèles de turbulence, à savoir la turbulence SKE et SST k - ω, et la taille du pas de temps est étudié, et les résultats obtenus sont comparés avec des résultats expérimentaux. L'objectif de cette recherche est de développer une configuration numérique pour laquelle certaines caractéristiques qualitatives et quantitatives de l'écoulement du fluide cavitant telles que la mesure du coefficient de pression (Cp), les fluctuations de pression soudaines et leurs fréquences, l'initiation de la cavitation, la croissance et son effondrement sur le profil NACA66 sont prédits. En accord avec les résultats expérimentaux et sur la base des prédictions de Cp autour du profil, la cavitation à σ = 1.25 était instable, et la cavitation associée à un écoulement cavitant avec σ = 1.41, 1.34 et 1.30 est rapportée comme stable et les longueurs de cavitation ont été prédites avec une précision décente variant de 5% à 14% d'erreur. De plus, les caractéristiques instables de la cavitation autour du profil NACA66 connue comme de la cavitation en nuages sont étudiées dans la recherche actuelle. Dans le chapitre 4, en effectuant des simulations transitoires, les prédictions de fréquences associées aux fluctuations soudaines de pression dans les écoulements cavitants à  différents nombres de cavitation, à savoir σ = 1.41,1.34, et 1.30, sont également démontrées en bon accord avec les résultats expérimentaux avec seulement 3,5%, 6,3 % et 10,0 % d'erreur, respectivement. Il convient de noter qu'un maillage généré à partir de près d'un million de nœuds ainsi que la taille de pas de temps la plus fine possible, soit 0,00002 (s), est utilisé pour exécuter les simulations, et le modèle de turbulence SKE et la cavitation Kubota sont utilisés pour les calculs numériques. De plus, en accord avec les résultats expérimentaux, les résultats CFD ont confirmé que la fréquence mentionnée diminue à mesure que la longueur de cavitation augmente.  ABSTRACT: Due to the complexity of cavitating flow field and sudden pressure fluctuations around the blades of hydraulic machinery, cavitation modeling is a very challenging problem, and since it has many detrimental effects on many industries such as the hydraulic industry, it has been a very interesting topic for researchers in the last decades. Since turbulence variations near hydrofoil can result in under prediction of local pressure, pressures lower than the saturation pressure might be predicted. Hence, choosing the right turbulence model which models viscosity appropriately, is of great importance. The objective of this research is to develop a numerical setup by which some qualitive and quantitative characteristics of the cavitating fluid flow such as pressure coefficient (Cp) measurement, sudden pressure fluctuations and the frequencies associated with the highestpressure variations, cavitation initiation, growth, and collapse over the NACA66 hydrofoil are predicted. In agreement with the experimental results and based on the Cp predictions around the hydrofoil, the cavitation at σ = 1.25 was unstable, and the cavitation associated with a cavitating flow σ = 1.41, 1.34 and 1.30 are reported to be stable and the cavitation lengths were predicted with a decent precision varying from 5% to 14% error. Furthermore, the unsteady characteristics of cavitation around the NACA66 hydrofoil experiencing cloud cavitation is studied in the current research. The current research is performed using the ANSYS-Fluent 16.1 commercial solver and it is devoted to model cavitating flows at different Thoma numbers (σ) around a NACA66 hydrofoil. In this regard, in chapter 3, the Zwart-Gerber-Belamri cavitation model coupled with the mixed multiphase modeling approach as well as the standard k - ε (SKE) turbulence model is applied, and the precision of the performed numerical predictions is investigated using the named models. Then, the effect of some other parameters on the steady-state simulation such as mesh density, convergence criteria, various turbulence models, namely SKE and SST k - ω turbulence, and time-step size is studied, and the obtained results are compared with the experimental results. In chapter 4, by performing transient simulations, frequency predictions associated with the sudden pressure fluctuations in the cavitating flows at different cavitation numbers, namely σ = 1.41, 1.34, and 1.30, are also demonstrated good agreement with the experimental results with only 3.5%, 6.3%, and 10.0% error, respectively. It should be noted that a mesh generated from near one million nodes as well as the finest feasible time-step size meaning 0.00002 (s), is used to run the simulations, and the SKE turbulence model and Kubota cavitation are employed for the numerical calculations. Furthermore, in agreement with the experimental results, the CFD results confirmed that the mentioned frequency reduces as cavitation length increases.


identifier: Hachad, M. (2021). Priorisation des sources de contamination fécale en milieu urbain : pertinence de l'utilisation de marqueurs moléculaires et chimiques comme traceurs de rejets d'eaux usées  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une gestion efficace des épisodes de contamination fécale des systèmes aquatiques nécessite dans un premier temps une identification des sources de contamination avant de pouvoir mettre en place des pratiques de gestion et de restauration de la qualité d'un système. Les indicateurs bactériens classiques (E. coli, coliformes fécaux) utilisés dans le suivi de la qualité des eaux bien qu'ils indiquent la présence d'une charge fécale récente ne permettant pas une différenciation de l'origine de la pollution fécale. Un travail important a été réalisé ces dernières années afin de développer une nouvelle approche, dénommée le suivi de sources microbiennes (SSM) ou Microbial Source Tracking (MST). Les techniques de suivi des sources microbiennes sont destinées à permettre aux praticiens et aux chercheurs d'identifier la ou les sources de pollution fécale dans les eaux. Plusieurs recherches ont permis d'identifier des marqueurs microbiologiques et chimiques susceptibles de discriminer les différentes sources, cependant, il n'existe pas de méthodes « standard » définies pour l'approche MST. L'importance d'utiliser plusieurs marqueurs a été soulignée à plusieurs reprises dans la littérature et une approche pragmatique et pratique a semblé être l'adoption d'une « boîte à outils » ou MST « toolbox » constituées de différents marqueurs de suivi des sources. Cette thèse a été consacrée en premier lieu à l'application et la validation de boîtes à outils opérationnelle composées de marqueurs chimiques et moléculaires permettant de tracer les contaminations fécales d'origine humaine (eaux usées) et ce en différentes matrices environnementales et dans différentes conditions hydrométéorologiques et en deuxième lieu au suivi du devenir et du comportement des marqueurs dans le milieu naturel.  ABSTRACT: Effective management of fecal contamination episodes in aquatic systems requires first identifying the sources of contamination before being able to put in place management practices to restore the quality of a system. Fecal indicator bacteria (E. coli, fecal coliforms) are used for monitoring water quality; however, they indicate the presence of a recent fecal load and do not allow a differentiation of the origin of the fecal pollution. A lot of work has been done in recent years to develop a new approach, named Microbial Source Tracking (MST). Microbial source tracking techniques are intended to allow practitioners and researchers to identify the source(s) of fecal pollution in waters. Several studies have identified microbiological and chemical markers that can discriminate among sources; however, there are no defined "standard" methods for the MST approach. The importance of using several markers has been repeatedly emphasized in the literature and a pragmatic and practical approach is the adoption of a "toolbox" or MST "toolbox" consisting of different source tracking markers. This thesis was devoted firstly to the application and validation of operational toolboxes composed of chemical and molecular markers allowing to track human fecal contamination (wastewater) in different environmental matrices and in different hydrometeorological conditions and secondly to the monitoring of the fate and behavior of markers in the natural environment. To do this, 3 main objectives have been targeted. The first objective is in line with the action plan aimed at the research and elimination/correction of illicit connections in several municipalities in Quebec as required by the Ministry of municipal affairs, regions and land occupancy.


identifier: Mehri, M. (2021). Metaheuristic Approach for the Facility Layout Problem in a Hospital  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les impacts d'un aménagement sur la performance d'une organisation dans les différentes industries et secteurs de services sont indéniables. Par conséquent, le besoin d'un système d'aide à la décision parmi les décideurs dans la planification de l'aménagement des installations a amené les problèmes d'aménagement des installations (FLP) à l'épicentre des recherches dans le domaine de l'optimisation. En tant que première partie d'une approche en deux étapes de la planification de l'aménagement des installations, cette recherche vise à concevoir et à mettre en œuvre un cadre d'optimisation pour proposer la meilleure allocation des services aux bâtiments et aux étages d'un futur hôpital près de Montréal, au Québec. Pour cela, une approche de programmation mathématique et plus précisément des problèmes de semi-affectation quadratique (QSAP) est utilisée pour modéliser ce problème d'aménagement d'installations. Le modèle QSAP adopte les quatre types de contraintes : affectation unique des points de service aux étages, disponibilité de l'espace d'un étage, affectation restreinte d'un point de service aux étages, et la contiguïté et la proximité au sein des points de service. L'objectif de ce problème d'optimisation est de minimiser le flux entre les points de service, ce qui peut inclure les déplacements des patients et du personnel et la manutention du matériel. Le modèle QSAP a été reformulé comme un problème linéaire à nombres entiers mixtes pour s'appliquer à l'un des solveurs MIP existants. La complexité du problème, qui est attribuée à la nature des problèmes combinatoires, empêche l'optimisation du problème de fournir une solution optimale en un temps polynomial. Ce problème réaffirme le fait que, malgré les formidables avancées observées dans le domaine du calcul numérique, qu'il soit logiciel ou matériel, l'utilisation des méthodes exactes dans les problèmes d'optimisation en taille réelle est encore inefficace. La recherche est passée de l'utilisation d'une méthode exacte au développement d'un optimiseur méta heuristique basé sur l'algorithme génétique, qui peut proposer une solution presque optimale avec une qualité acceptable dans un délai raisonnable. L'optimiseur a été mis en œuvre à l'aide d'une architecture multicouche et dans un environnement de développement de avant-garde. Une analyse statistique descriptive approfondie des résultats des expériences démontre : Avec quelle efficacité l'optimiseur converge vers une solution quasi optimale. Comment le processus de recherche optimal et les solutions sont sensibles aux modifications des paramètres de l'GA tels que la taille de la population, le taux de croisement, le taux de mutation, la taille du pool d'élite et la taille du tournoi. Et avec quelle efficacité l'optimiseur applique les contraintes aux solutions.  ABSTRACT: The impacts of a layout on the performance of an organization in the different industries and service sectors are undeniable. Therefore, the need for a decision support system amongst decision-makers in the facility layout planning has brought the facility layout problems (FLPs) to the epicenter of the researches in the optimization arena. As the first part of a two-stage approach to facility layout planning, this research aims to design and implement an optimization framework to propose the best departments allocation to buildings and floors in a future hospital near Montreal, Quebec. For this purpose, an approach of mathematical programming and specifically quadratic semi-assignment problems (QSAP) is used to model this facility layout problem. The QSAP model adopts the four types of constraints: unique assignment of service points to the floors, floor space availability, and restricted assignment of a service point to floors, and the adjacency and proximity within the service points. The objective of this optimization problem is to minimize the flow between the service points, which may include traveling of patients and personnel and material handling. The QSAP model was reformulated as a mixed-integer linear problem to apply to one of the existing MIP solvers. The complexity of the problem, which attributes to the nature of combinatorial problems, prevents optimizing the problem from providing an optimum solution in a polynomial-time. This problem reasserts the fact that, despite the tremendous breakthroughs observed in the field of digital computation, whether software or hardware, using the exact methods in real-size optimization problems is still inefficient.  The research has shifted its focus from using an exact method to developing a metaheuristic optimizer based on the genetic algorithm, which can propose a near-optimal solution with acceptable quality in a reasonable time. The optimizer has been implemented using multi-layer architecture and in a state-of-art development environment. A thorough descriptive statistical analysis on the results of the experiments demonstrates: • How effectively the optimizer converges to a near-optimum solution. • How the optimal search process and the solutions are sensitive to changes in GA parameters such as population size, crossover rate, mutation rate, the size of the elite pool, and the tournament size. • And how effectively the optimizer applies the constraints to the solutions.


identifier: Hochedel, M. (2022). Quantification de la fatigue physique lors d'activités multitâches dans un environnement non contrôlé  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Chaque année, 1.7 % des travailleurs de la construction subissent une blessure suffisamment grave pour s'absenter du travail. L'une des principales raisons à cela est la fatigue induite par la nature très exigeante physiquement des tâches de la construction. Pour surveiller la fatigue physique en temps réel, des capteurs portables tels que des moniteurs de fréquence cardiaque et des unités de mesures inertielles (IMUs) ont été utilisés dans l'athlétisme et dans l'industrie des transports. Cependant, dans le domaine de la construction, leur utilisation reste généralement limitée au suivi de la fatigue physique sur une seule tâche ou lors d'une activité multitâche mais en laboratoire. Cette étude vise à quantifier la fatigue physique lors d'activités multitâches dans un environnement non-contrôlé, en combinant un capteur IMU et un moniteur de fréquence cardiaque. Le système de capteurs ainsi que la méthode d'analyse et de traitement des données développés ont été testés sur quatre applications réalisées chronologiquement : 1) sur des données extraites d'une tâche répétitive réalisée par quinze sujets en laboratoire, 2) sur des données extraites de deux tâches répétitives réalisées par quinze sujets en laboratoire, 3) sur une activité multitâche réalisée par trois sujets dans un environnement non-contrôlé et 4) sur trois travailleurs de la construction lors de trois demi-journées consécutives de travail. Dans tous les cas, l'échelle de Borg a été utilisée comme échelle subjective pour obtenir le niveau de fatigue ressenti par les participants. Trois modèles de classificateur, à savoir la régression logistique, le Random Forest et le Bagged Trees, ont été testés pour la quantification de la fatigue physique. Les principaux résultats ont montré que la méthode proposée permet de quantifier la fatigue physique pendant une demi-journée d'activités multitâches dans un environnement non-contrôlé avec une précision de 78.6% par un modèle de Random Forest utilisant un maximum de 18 caractéristiques. Les résultats ont également montré que la méthode proposée dans cette étude n'est pas encore directement applicable pour la quantification de la fatigue physique des travailleurs de la construction lors de leur journée de travail. En effet, l'hostilité des conditions climatiques des chantiers de la construction a entraîné un dysfonctionnement du moniteur de fréquence cardiaque et les travailleurs ont systématiquement évalué leur niveau de fatigue à faible, ce qui a entraîné des difficultés pour l'étiquetage des données.  ABSTRACT: Each year, 1.7% of construction workers sustain an injury serious enough to take time off work. One of the major reasons for this, is the fatigue induced by the highly physically demanding nature of construction tasks. To monitor physical fatigue in real-time, wearable sensors such as heart rate monitors and inertial measurement units (IMUs) have been recognized in professional athletics and in the transportation industry. However, in the construction field, their use generally remains limited to either solely one task or to multitasking activity within laboratory settings. This study aims to quantify the physical fatigue during multitasking activities in a non-controlled environment by combining an IMU and a heart rate monitor. The proposed sensor system as well as the data processing method were tested on four case studies chronologically: 1) on data extracted from a repetitive task performed by fifteen subjects with laboratory settings, 2) on data extracted from two repetitive tasks performed by fifteen subjects with laboratory settings, 3) for a multitasking activity performed by three subjects in a non-controlled environment and 4) on three construction workers during three consecutive half-days of work. In all cases, Borg's Rating of Perceived Exertion was used as a subjective scale to obtain the fatigue level experienced by the participants. Three classifier models, namely the logistic regression, the random forest, and the bagged trees, were tested for physical fatigue quantification. The main results showed that the proposed method allows to quantify the physical fatigue during a half day of multitasking activities in a non-controlled environment with an accuracy of 78.6% using a random forest model using a maximum of 18 features. The results also showed that the method proposed in this study is not, at this stage, directly applicable for the quantification of the physical fatigue of construction workers during their working day. Indeed, the hostile climatic conditions of the construction sites resulted in the heart rate monitor malfunctioning and construction workers systematically rated their fatigue level as low, which created difficulties in labelling the data.


identifier: Siguerdidjane, W. (2022). Closed-loop Automation of Shot Peen Forming with In-process Shape Measurements  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mise en forme par grenaillage (shot peen forming) est comunément utilisée dans l'industrie de la fabrication aérospatiale pour mettre en forme des panneaux minces et corriger la distorsion dans des pièces usinées. Les impacts de projectiles introduisent des déformations plastiques et des contraintes résiduelles compressives en surface du matériau. Le procédé de mise en forme par grenaillage utilise ces déformations plastiques pour courber la pièce traitée. Ce phénomène s'explique par une incompatibilité géométrique entre la couche traitée qui s'étire suite à sa déformation plastique, et le reste du matériau qui force la flexion de la pièce. L'opérateur contrôle le processus en choisissant le type de projectiles utilisé, la vitesse des impacts, les régions de la surface de la pièce qui sont traitées et le temps de bombardement. Bien que le procédé de mise en forme par grenaillage ait été utilisé depuis les années 1950, il demeure manuel et basé sur l'intuition humaine d'experts, alors que les besoins industriels demandent une meilleure reproductibilité et précision. Pour cette raison, l'industrie se tourne vers l'automatisation. Des outils de simulation et par la suite de planification du procédé ont été développés pour mieux comprendre le procédé et atteindre son automatisation. Planifier le procédé est en soit un problème complexe car il demande d'anticiper comment la pièce se déforme, ce qui est généralement résolu par la méthode des éléments finis. Malgré la disponibilité d'outils numériques, la planification et la simulation de la mise en forme par grenaillage comportent toujours des erreurs importantes par rapport aux résultats expérimentaux. Ces erreurs sont principalement causées par la présence de contraintes résiduelles initiales dans le matériau. Les contraintes résiduelles initiales proviennent de l'historique de fabrication de la pièce et interfèrent avec les contriantes induites par le grenaillage, introduisant des erreurs de mise en forme. Des variations dans les procédés de fabication ultérieurs peuvent introduire des contraintes différentes d'une pièce à l'autre, puisque chaque étape de fabrication laisse ses propres contraintes résiduelles. Puisque les méthodes de mesure de contraintes résiduelles sont soit trop dispendieuses ou destructives, leur meusure durant le processus est non-trivial. Pour dépasser cette limite, cette thèse explore la solution d'automatiser la mise en forme par grenaillage en boucle fermée, à l'aide de mesures de forme et de planification itérative, dans le but de réduire les erreurs et de compenser pour l'effet des contraintes résiduelles intiales. Cette thèse présente trois contributions principales sous la forme d'un réseau de neurones permettant de planifier la mise en forme par grenaillage en temps réel, une procédure de mise en forme en boucle fermée permettant de réduire l'erreur initiale de mise en forme, ainsi que le détail de la conception d'un robot de grenaillage à petite échelle permettant de réaliser des essais de validation expérimentaux à faible coût.  ABSTRACT: The aerospace manufacturing industry relies on shot peen forming to shape thin sheet metal components such as wing skin panels and correct distortions in machined structural components such as ribs. The process uses high-velocity projectile impacts to plastically deform a thin portion of the component and introduce compressive residual stress at the surface. In the case of shot peen forming, the plastic deformations that accompany the compressive stresses are leveraged to bend the part. The induced plastic deformations can be seen as the expansion of a layer at the surface of the material which is constrained by the unaffected layer that represents the rest of the material. This constraint introduces a geometric incompatibility that forces the part to bend. The process is controlled by choosing the size and the material of the projectiles, the velocity at which they impact the surface of the part, the exposure time of the part to the impacts and the location of treatment. Although it has been used in aerospace applications since the 1950s, the process remains manual in majority and is still anchored on expert knowledge and human intuition. Contrastingly, industrial needs are oriented towards better process accuracy and precision. A proposed solution to meet these needs has been the automation of the process. To increase the understanding of the process and build towards automation, numerical tools for simulating and planning the process have been developed. The planning of shot peen forming is inherently complex because determining each treatment action requires solving a solid mechanics problem to consider the effect of the process on the material. This is typically done through finite element simulations. Even when the mechanical problem is solved, discrepancies are observed between simulations and experiments. The main source of error in shot peen forming is explained by the presence of initial residual stresses in the material. Initial residual stresses are remnants of the part's manufacturing history. In the case of aluminum plates, the main source of initial residual stresses is the lamination process that the panels undergo during their production, but if a particular sample has been deformed in a press or machined in an ulterior production step,different residual stresses have been introduced in the sample. For this reason, the initial stress state of parts may vary from sample to sample. The currently available methods to measure residual stresses being either prohibitively expensive or destructive, the in-process measurement of stresses is impractical. To address this limitation, this thesis explores the solution of using a closed-loop method based on in-process shape measurement and iterative re-planning to compensate for measured error and form more accurate aluminum plates into given target shapes.


identifier: Savi, H. (2022). Développement d'un outil d'appariement client-fournisseur dans un contexte de transformation numérique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le contexte actuel de transformation numérique et d'industrie 4.0 pousse l'intégralité des entreprises à se mettre à jour au niveau de la numérisation de leurs processus ou de l'automatisation de leurs procédés. Cependant, ce milieu est très complexe et les entreprises qui désirent s'y lancer nécessitent un guide pour s'y retrouver et s'orienter vers les personnes les plus aptes à répondre au mieux à leurs besoins. Notre partenaire industriel pour ce projet de recherche, la start-up montréalaise BRIDGR, est présente dans ce type d'accompagnement, mais fait face à une problématique d'efficacité de leur processus d'appariement entre leurs clients et le ou les fournisseurs répondant le mieux à leurs exigences. Nous avons cherché à répondre à cette problématique en proposant un outil d'appariement client/fournisseur à partir d'un modèle de système de recommandation basé sur le contenu appliqué au domaine de la transformation numérique. Nos recherches, basées sur la littérature scientifique et sur des observations réalisées chez notre partenaire, nous ont permis de mieux cerner les différentes caractéristiques « fournisseur » essentielles à mettre en avant lors de la recherche de fournisseurs, mais également de comprendre les critères de réussite d'un système de recommandation et les différentes perspectives d'évaluation possibles. De plus, lors de ce projet, BRIDGR a exprimé des exigences de construction pour l'outil d'appariement final que nous avons dû prendre en compte lors de notre développement de celui-ci comme la présence de leur expertise avant de transmettre les résultats au client.   La méthodologie DRM (Design Research Methodology) a été employée afin de répondre à nos besoins spécifiques. En effet, cette méthodologie de recherche mixte lie des études empiriques à des approches scientifiques dans le but d'identifier les éléments clés à mettre en place pour la réussite de notre outil d'appariement. Cette proposition est donc un outil d'appariement entre une requête client et une liste de fournisseurs faisant partie de la base de données du partenaire. Cet outil d'appariement se décompose en deux couches, comme requis par le partenaire, afin de pondérer l'impact des différentes caractéristiques « fournisseur » sur le résultat final. La première couche relève d'un filtrage de tous les fournisseurs présents dans la base de données par rapport à des critères exclusifs que sont les expertises du domaine de la transformation numérique auxquelles répond le fournisseur, les langues parlées ou encore le type de service/produit fourni. Cette première étape fournit une liste composée de tous les fournisseurs ayant passé le filtre. Cette liste plus courte est ensuite passée dans la seconde étape qui va l'ordonner. Ce tri est réalisé en fonction de la similarité entre les fournisseurs restants et la requête émise par le client par rapport à d'autres critères comme le secteur d'activité principal ou encore le nombre d'années d'expérience. À cette étape, nous avons fourni huit algorithmes différents pour traiter toutes les variantes de calcul de similarité pertinentes identifiées dans la littérature. Pour le bon fonctionnement de notre méthode, nous avons dû modifier le format des requêtes client et également de la base de données fournisseur. Nous avons également classifié les différentes expertises présentes dans le spectre de la transformation numérique. Nous avons appliqué la méthode aux fournisseurs actuels de la base de données de BRIDGR pour des requêtes fictives, car aucune ancienne requête n'était utilisable. De plus, nous n'avons pas encore implémenté l'outil en situation réelle et nous avons uniquement fait des tests à l'interne. De ce fait, nous n'avons pas de résultats concernant la précision ou la satisfaction client, mais le critère de rapidité d'exécution autour duquel la problématique de notre partenaire était basée est résolu. Nous avons également identifié pour la suite des pistes de réflexion afin d'améliorer notre outil et ainsi de prendre en compte encore plus de caractéristiques pertinentes.  ABSTRACT: The current context of digital transformation and industry 4.0 is pushing all companies to update and automate their processes. However, this environment is very complex and companies that want to get started need a guide to find their way around and orient themselves towards the people best able to meet their needs. Our industrial partner for this research project, the Montréal-based start-up BRIDGR, is involved in coaching but is currently facing a problem of efficiency in their process of matching their clients with the supplier(s) that best meet their requirements. We sought to address this issue by proposing a customer/supplier matching tool based on a content-based recommendation system model applied to the digital transformation domain. Our research, based both on scientific literature and on observations made at our partner's, allowed us to better identify the various essential supplier characteristics to be put forward during the search for a supplier, but also to understand the success criteria of a recommendation system and the various possible evaluation perspectives. Furthermore, during this project, BRIDGR expressed construction requirements for the final matching tool that we had to consider during our development of the tool such as the presence of their expertise in a second step before transmitting the results to the client. The DRM (Design Research Methodology) was used to meet our specific needs. Indeed, this research methodology is mixed and links empirical studies to scientific approaches in order to identify the key elements to be put in place for the success of our matching tool.  This proposal is therefore a matching tool between a customer query and a list of suppliers from the partner's supplier database. This matching tool is decomposed into two layers as required by the partner to weight the impact of different supplier characteristics on the final result. The first layer is a filtering of all suppliers in the database against exclusive criteria such as the supplier's expertise in the digital transformation domain, the languages spoken, or the type of service/product provided. This first step provides a list of all suppliers that have passed the filter. This shorter list is then passed to the second step which will sort it. This sorting is done according to the similarity between the remaining suppliers and the request made by the customer against other criteria such as the main sector of activity or the number of years of experience. At this stage we provided eight different algorithms to handle all the relevant similarity calculation variants identified in the literature. For the proper functioning of our method, we had to modify the format of the client queries and of the supplier database. We also classified the different expertises present in the digital transformation spectrum.   We applied the method to the current suppliers in the BRIDGR database for dummy queries because no old queries were usable. In addition, we have not yet implemented the tool in real life and have only tested it internally. As a result, we do not have any results concerning accuracy or customer satisfaction, but the speed of execution criterion around which our partner's problem was based has been solved. We have also identified avenues of reflection for the future to improve our tool and thus consider even more relevant characteristics.


identifier: Abedi, M. (2022). Towards a Reference Architecture of AI-Based Job Interview Systems  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les entretiens d'embauche sont une activité majeure dans le processus de recrutement, mais ils impliquent un effort manuel considérable et, en tant que tels, sont une tâche coû- teuse et chronophage. Afin de réduire ce coût, les organisations envisagent de plus en plus l'utilisation de l'IA pour automatiser leur processus de recrutement, ce qui promet des en- tretiens d'embauche plus efficaces et moins biaisés, tout en réduisant les coûts du proces- sus d'embauche. Alors que la recherche et les produits existants sont apparus en se con- centrant sur l'automatisation des étapes individuelles du processus d'entretien d'embauche, l'architecture globale d'un système logiciel pour l'automatisation des entretiens d'embauche semble encore décourageante et les compromis en termes d'exigences fonctionnelles ne sont pas clairs. À cette fin, soutenus par une revue systématique de la littérature (SLR), nous proposons et documentons la structure statique et dynamique d'une architecture de référence complète (RA) pour les systèmes d'automatisation des entretiens d'embauche basés sur l'IA du point de vue fonctionnel. Nous avons identifié quatre composants de haut niveau qui doivent être traités dans un système d'entretien d'embauche basé sur l'IA, avec leurs fonctionnalités et leurs responsabilités. Afin d'automatiser un bon nombre de ces fonctionnalités, les capacités de l'IA peuvent être exploitées à l'aide des méthodes étudiées dans la littérature. Nous avons ensuite discuté des défis et des problèmes ouverts et des hypothèses invalides dans la littérature existante pour concevoir et mettre en œuvre les fonctionnalités des composants extraits.  ABSTRACT: Job interviews are a major activity in the recruitment process, yet they involve substantial manual effort and as such are an expensive and time-consuming task. In order to reduce this cost, organizations are increasingly considering the use of AI to automate their recruitment process, which brings the promise of more effective, less biased job interviews, while reducing the costs of the hiring process. While existing research and products have appeared focusing on automating individual steps of the job interview process, the overall architecture of a software system for job interview automation seems still daunting and the trade-offs in terms of functional requirements are unclear.To this end, supported by a Systematic Literature Review (SLR), we propose and document the static and dynamic structure of a comprehensive reference architecture (RA), focusing on the functional viewpoint, for AI-based job interview automation systems. We identified four high-level components that need to be addressed in an AI-based job interview system, with their functionalities and responsibilities. Many of these functionalities can be can be automated with AI capabilities using the methods that are surveyed in the literature. We then discussed the challenges and open issue and invalid assumptions in the existing literature for designing and implementing the functionalities of the extracted components.


identifier: Montazerijouybari, M. (2022). Dynamics of Differential Drive Wheel Mobile Robot with Free Caster Wheels  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les véhicules à guidage automatique (AGV) sont utilisés dans les lignes de production et les entrepôts pour transporter des marchandises sur des chemins prédéterminés. Cependant, la nécessité d'utiliser des AGV en libre parcours dans les sentiers intérieurs augmente récem- ment. Un AGV à portée libre est appelé Robot Mobile Autonome (AMR) qui a des capacités de prise de décision comme l'évitement d'objets ou la planification de trajectoire. Pour un tel robot, le suivi de la trajectoire prévue, précisément, est important. L'une des configurations les plus courantes de l'AMR consiste en deux roues motrices dif- férentielles et des roues pivotantes qui offre une bonne stabilité et maniabilité. D'une part, ces roues augmentent la stabilité du robot en suivant passivement la trajectoire dictée des roues motrices tout en supportant une charge verticale. D'autre part, les rover pivotauto sont la principale source d'incertitude qui entraînent une augmentation de l'erreur de suivi de trajectoire. De plus, le chargement et le déchargement d'un robot avec une charge incon- nue, mais dans une plage prédéterminée, modifie le centre de masse (COM) du robot, ce qui entraînent davantage d'erreurs de suivi de trajectoire. Dans cette mémoire, nous étudions dans un premier temps le comportement des rover piv- otauto au niveau cinématique et nous perposons un modèle cinématique pour prédire son orientation dans certaines circonstances. Ensuite, le modèle dynamique d'un AMR avec la variable COM est considéré. En outre, la mise en œuvre de capteurs de force est proposée pour mesurer les forces d'interaction avec le sol des roues et déterminer l'emplacement du COM. Par la suite, une méthode de contrôle non linéaire a été utilisée pour traiter le nouveau modèle cinématique et dynamique. Les performances du modèle proposé ont été testées dans un environnement de simulation du nouveau modèle par rapport à un modèle existant qui considère le COM fixe sans aucun retour de force. Les résultats ont montrés une amélioration significative des performances et une baisse de l'erreur de suivi de trajectoire.  ABSTRACT: Automated Guided Vehicles (AGVs) are used in production lines and warehouses to carry merchandises in predetermined paths. However, necessity of using free range AGVs in indoor paths is raising recently. A free range AGV is called Autonomous Mobile Robot (AMR) which has decision making abilities like object avoidance or path planing. For such a robot, the tracking of the planned path, precisely, is more important. One of the most common configuration of AMR consists of two differential drive wheels and caster wheels which offers good stability and maneuverability. On one hand, Caster wheels allow the robot to follow dictated paths of the driving wheels passively while carrying vertical load. On the other hand, caster wheels are the main source of uncertainty which cause increase in path tracking error. Moreover, loading and unloading a robot with an unknown load, but in a predetermined range, changes the robot's Center Of Mass (COM) which cause more path tracking error. In this thesis, we study the behaviour of caster wheels in kinematic level and we proposed a kinematic model to predict its orientation in certain circumstances. Then, the kinematic model and the dynamic model of an AMR with variable COM was considered. The addition of force sensors has been proposed in order to measure the wheel ground interaction forces and to determine the location of COM. Afterwards, some nonlinear control method was used to deal with new kinematic and dynamic models. The performance of the proposed model was tested in simulation environment. The results of the new model compared with an existing model which considers fixed COM without any force feedback. The results have shown significant improvement in performance and a drop in path tracking errors.


identifier: Elhefnawy, M. T. M. (2022). Polygon Generation & Deep Learning: Towards Industrial Data Fusion for Optimizing Engineering Systems' Performance  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse des données industrielles pose plusieurs défis. Ces données sont collectées à partir de sources hétérogènes et stockées dans des silos isolés. Cela complique leur accessibilité et empêche leur pleine exploitation dans la prise de décision. Par conséquent, il existe un besoin urgent et prioritaire de fusionner ces silos déconnectés pour profiter au maximum de ces données. Toutefois, la fusion de données de sources multiples présente deux principaux défis : la représentation efficace des données afin de permettre une meilleure fusion des données, et la sélection des méthodes de modélisation les plus appropriées en fonction du type et de la quantité des données ainsi que la nature du problème à résoudre. Relever ces défis contribuera à ce que les systèmes industriels complexes maintiennent un fonctionnement économe en énergie, à réduire leur empreinte environnementale et ainsi à atteindre l'excellence opérationnelle. Cette thèse apporte trois contributions dans résolution de la problématique de la fusion de données issues de l'exploitation de systèmes industriels. L'objectif des trois contributions proposées est d'obtenir une représentation des données efficace et utile qui permet de maximiser la valeur globale des données industrielles disponibles pour faciliter le processus de fusion à différents niveaux sémantiques (brut, information et connaissance). Les contributions utilisent les performances de l'apprentissage profond (DL) dans la modélisation prédictive et générative. Elles permettent de construire des modèles précis et robustes utilisables à plusieurs finalités dans l'industrie. Ces modèles peuvent diagnostiquer avec précision divers systèmes industriels, prédire leurs indicateurs clés de performance et capturer la vraie distribution des systèmes industriels complexes hautement non linéaires pour fournir à l'expert des connaissances précieuses pour prescrire les bonnes actions au bon moment. Toutes les méthodes proposées dans cette recherche doctorale ont été validées à l'aide d'ensembles de données complexes provenant de différents équipements complexes des procédés industriels : Rebouilleur dans une usine de pâte thermomécanique (TMP), chaudière de récupération de liqueur noire (BLRB) et concentrateur de liqueur noire dans une usine de pâte Kraft. Les méthodes proposées ont été comparées à différentes méthodes d'apprentissage automatique (ML) et d'apprentissage profond largement utilisées dans la littérature. Les résultats indiquent que nos méthodes surpassent les méthodes comparables en termes de précision de prédiction. Les résultats obtenus montrent que notre approche conduit à des prédictions précises et arrive à capturer la non-linéarité et le comportement dynamique de systèmes industriels complexes avec des distributions mal définies. Cette recherche doctorale ouvre la porte à la fusion de données hétérogènes industrielles incluant des données sensorielles, images, et vidéos.  ABSTRACT: Analysis of industrial data imposes several challenges. This type of data is collected from heterogeneous sources and stored in isolated silos. This hinders the accessibility of this asset and its proper exploitation in the decision making process. Therefore, there is an urgent and prioritized need to merge these disconnected silos to maximize the benefits from this asset. However, merging data from multiple sources has two main challenges: efficient data representation for better data fusion, and selecting the most appropriate modeling technique based on the type and quantity of data as well as the nature of the problem to be solved. Solving these challenges will help the complex industrial systems maintain energy-efficient operations, reduce their environmental footprint, and thus achieve operational excellence. This thesis makes three contributions as a step for solving the problems of the data fusion resulting from the operation of industrial systems. The objective of the three proposed contributions is to obtain an efficient and useful data representation that helps maximize the global value of the available industrial data to facilitate the fusion process at different semantic levels (raw, information and knowledge levels). Those contributions make use of the performance of deep learning (DL) in predictive and generative modeling. They allow for building accurate and robust models to be used for several purposes in industry. These models can accurately diagnose various industrial systems, predict their key performance indicators (KPIs) and capture the true distribution of highly non-linear complex industrial systems to provide the expert with valuable knowledge to prescribe the right actions at the right time.  All the proposed methods in this doctoral research are validated using challenging datasets collected from different complex equipment in process industries: reboiler system in a theromomechancal pulp mill (TMP), black liquor recovery boiler (BLRB) and concentrator of black liquor in a Kraft pulp mill. The methods were compared to different machine learning and deep learning techniques extensively used in the literature. Our results indicate that our methods outperform the comparable methods in terms of prediction accuracy.  The results obtained show that our proposed approach leads to accurate predictions and successfully captures the non-linearity and dynamic behavior of complex industrial systems with ill-defined distributions. This doctoral research opens the door to the industrial heterogeneous data fusion including sensory data, images, and videos.


identifier: Ghorbani, H. (2022). 3D Scanning-Based Inspection and Repair Geometry Generation for Remanufacturing of Damaged Aeroengine Blades  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les aubes des moteurs aéronautiques fonctionnent dans des environnements à haute température et à haute pression. Par conséquent, elles sont susceptibles d'être endommagées et déformées par rapport à leurs formes géométriques de conception au fil du temps. Comme les aubes sont fabriquées dans des matériaux coûteux et difficiles à découper qui nécessitent des coûts de production élevés, la réparation des aubes endommagées est d'un grand intérêt pour l'industrie de la maintenance, de la réparation et de la révision afin de prolonger la durée de vie des aubes. Les systèmes de balayage optique 3D, qui fournissent un nuage de points à haute densité de la pièce à inspecter, sont largement utilisés pour l'inspection des aubes. Compte tenu du nuage de points numérisés en 3D d'une aube endommagée, l'inspection du profil de surface et de la section spécifique, ainsi que la construction du volume de réparation dans les régions où il manque du matériau, constituent un défi et sont considérées comme des sujets de recherche actifs. En pratique, les méthodes existantes pour l'inspection et la construction du volume de réparation des aubes endommagées souffrent d'un manque de précision et dépendent des interactions avec l'utilisateur. Cette thèse présente un cadre de calcul pour inspecter les aubes endommagées et construire la géométrie du volume de réparation en utilisant des données de nuages de points scannés en 3D et le modèle CAO original. Un algorithme d'alignement rigide entre le scanner et la CAO (scan-to- CAD registration) est proposé pour faire correspondre automatiquement les points de données des régions non endommagées du nuage de points scanné avec le modèle CAO. Une nouvelle méthode de recherche de correspondance est présentée pour l'évaluation de la fiabilité des paires correspondantes dans laquelle la dissimilarité géométrique de chaque paire correspondante est mesurée par une évaluation groupe à groupe des propriétés géométriques du voisinage local de chaque point mesuré et de son point le plus proche sur le modèle CAO. Comme les aubes sont inspectées par sections, une fois que le système de coordonnées de mesure est transformé en système de coordonnées de conception à l'aide de l'enregistrement rigide, un schéma de reconstruction du profil de l'aile entièrement automatique est développé pour l'évaluation de l'erreur géométrique spécifique à la section des profils de l'aile dans les régions non endommagées. Étant donné que les points de données 2D sectionnels projetés à partir de données de nuages de points scannés en 3D sur le plan de section ne sont pas organisés et sont dispersés, une approche de reconstruction du profil de l'aile en trois étapes est présentée afin d'éclaircir automatiquement les points de données sectionnels dispersés en utilisant une technique récursive de moindres carrés locaux pondérés, de générer un polygone de profil fiable à partir des données éclaircies pour ordonner l'ensemble de données, et d'ajuster une courbe B-spline non périodique fermée sur les données ordonnées. Enfin, une nouvelle approche est conçue pour construire un jumeau numérique sans dommage de la lame défectueuse afin de le comparer aux données de balayage et de générer la représentation géométrique du volume de réparation. Le jumeau numérique sans dommage est construit par le biais d'un schéma d'enregistrement non-rigide CAD-to-scan pour déformer progressivement le modèle CAD vers les régions non endommagées des données de scan tout en préservant la rigidité locale des données autant que possible.  ABSTRACT: Aero-engine blades operate in high temperature and pressure environments; and consequently, they are likely to be damaged and deformed from their design geometric shapes over time. Since blades are made of expensive and difficult-to-cut materials requiring high production costs, remanufacturing of damaged blades is of great interest for the maintenance, repair, and overhaul industry to extend the service life of blades. Optical 3D scanning systems, due to providing a highdensity point cloud of the part to be inspected, are widely used for blade inspection. Given 3D scanned point cloud of a damaged blade, surface profile and section-specific inspection and construction of repair volume in material-missing regions are challenging and are considered active topics of research. In practice, the existing methods for inspection and repair volume construction of damaged blades suffer from the lack of accuracy and rely on user interactions. This thesis presents a computational framework to inspect the damaged blades and construct the repair volume geometry using 3D scanned point cloud data and original CAD model. A fine-tuned scan-to-CAD rigid alignment algorithm is proposed to automatically best-match the data points of the undamaged regions of the scanned point cloud with the CAD model. A novel correspondence search method is presented for reliability assessment of the corresponding pairs in which the geometric dissimilarity of each corresponding pair is measured through a group-to-group evaluation of geometric properties of the local neighborhood of each measured point and its closest point on the CAD model. Since blades are inspected in sections, once the measurement coordinate system is transformed into the design coordinate system using the rigid registration, a fully automatic airfoil profile reconstruction scheme is developed for section-specific geometric error evaluation of the airfoil profiles in undamaged regions. Due to the fact that the sectional 2D data points projected from 3D scanned point cloud data onto the section plane are unorganized and scattered, a three-step airfoil profile reconstruction approach is presented to automatically thin the scattered sectional data points using a recursive weighted local least squares technique, generate a reliable profile polygon from thinned data to order the dataset, and fit a closed nonperiodic B-spline curve on the ordered data. Finally, a new approach is devised to construct a damage-free digital twin of the defective blade to compare with scan data and generate the repair volume geometric representation. The damage-free digital twin is constructed through a CAD-to-scan non-rigid registration scheme to gradually deform the CAD model towards the undamaged regions of the scan data while preserving the local rigidity of data as much as possible.


identifier: Dragotto, G. (2022). Mathematical Programming Games  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

title: Mathematical Programming Games

abstract: RÉSUMÉ: Dans de nombreux contextes de prise de décision, un agent égoïste cherche à optimiser son bénéfice compte tenu de certaines contraintes situationnelles. Mathématiquement, la tâche du décideur est souvent formulée comme un problème d'optimisation dont la solution fournit une recommandation prescriptive sur la meilleure décision. Cependant, la prise de décision est rarement une tâche individuelle : chaque décideur égoïste interagit souvent avec d'autres décideurs ayant des intérêts similaires. Cette thèse discute et propose une nouvelle perspective pour capturer la dynamique de la prise de décision stratégique impliquant plusieurs agents résolvant des problèmes d'optimisation. Nous explorons les opportunités offertes par l'interaction entre l'optimisation -en nous concentrant sur la programmation en nombres entiers mixtes (MIP) -et la théorie algorithmique des jeux (AGT) en les analysant à travers le prisme d'un cadre unifié, capable d'intégrer des éléments des deux disciplines. Nous introduisons une taxonomie pour les jeux de programmation mathématique (MPGs), des jeux non coopératifs simultanés où le problème de décision de chaque agent est un problème d'optimisation exprimant un ensemble hétérogène et éventuellement complexe de contraintes. Nous développons nos contributions en considérant l'équilibre de Nash comme le principal concept de solution et fondons notre recherche sur le principe suivant : dans les MPGs, la plausibilité des équilibres de Nash découle de la disponibilité d'outils efficaces pour les calculer et les sélectionner. En conséquence, nous fournissons des algorithmes originaux et des cadres théoriques pour caractériser, calculer et sélectionner les équilibres de Nash dans les MPGs. Tout d'abord, nous abordons le problème du calcul et de la sélection des équilibres dans les jeux de programmation en nombres entiers (IPGs), à savoir les MPGs où chaque joueur résout un programme paramétré en nombres entiers. En introduisant des concepts tels que l'inégalité d'équilibre, l'oracle de séparation d'équilibre, et la fermeture d'équilibre, nous permettons à des outils archétypiques de la programmation en nombres entiers d'acquérir un rôle dans la théorie des jeux. Nous concevons ZERO Regrets, un algorithme de plans coupants pour calculer et sélectionner les équilibres dans les IPGs. Nous testons l'algorithme sur un jeu d'AGT et sur une extension multi-agents du problème du sac à dos, et nous fournissons de nouveaux résultats théoriques et informatiques sur l'efficacité de leurs équilibres. Ensuite, nous présentons Cut-and-Play, un algorithme permettant de calculer les équilibres des jeux réciproquement bilinéaires (RBGs), une classe de MPGs où l'objectif de chaque joueur est linéaire par rapport à ses variables et contient des termes bilinéaires entre ses variables et celles de ses adversaires. L'algorithme calcule les équilibres en exploitant une série d'approximations du problème d'optimisation de chaque joueur et en s'appuyant sur des méthodes de branchement et de plans coupants. Notre approche algorithmique est générale, extensible, et elle s'intègre aux solveurs de programmation mathématique existants. En pratique, elle surpasse les meilleurs algorithmes en termes de temps de calcul et d'efficacité des équilibres. Troisièmement, nous analysons une classe de MPGs parmi les leaders des jeux de Stackelberg (c'est-à-dire des jeux séquentiels leader-followers) et leur application aux marchés de l'énergie. Nous prouvons qu'il est Σp2 difficile de décider si le jeu admet un équilibre, et nous introduisons un algorithme pour calculer et sélectionner ces équilibres. De plus, nous fournissons une étude pratique sur le marché de l'énergie chilien-argentin et offrons des perspectives de gestion basées sur les informations fournies par les équilibres. Enfin, nous présentons ZERO, une bibliothèque C++ modulaire et extensible pour expérimenter avec des RBGs. ZERO fournit une boîte à outils complète d'interfaces de modélisation pour concevoir des RBGs, et des algorithmes pour trouver leurs équilibres de Nash. Notre engagement envers le code source ouvert vise à favoriser le développement futur, méthodologique et pratique, dans le domaine des RBGs.  ABSTRACT: In many decision-making settings, a selfish agent seeks to optimize its benefit given some situational constraints. Mathematically, the decision-maker's task is often formulated as an optimization problem whose solution provides a prescriptive recommendation on the best decision. However, decision-making is rarely an individual task: each selfish decision-maker often interacts with other similarly self-interested decision-makers. This thesis discusses and proposes a novel perspective to capture the dynamics of multi-agent strategic decision-making involving multiple agents solving optimization problems. We explore the opportunities offered by the interplay of Mathematical Optimization –specifically Mixed-Integer Programming (MIP) –and Algorithmic Game Theory (AGT) by analyzing them through the lenses of a unified framework capable of integrating elements of the two disciplines. We introduce the taxonomy of Mathematical Programming Games (MPGs), simultaneous non-cooperative games where each agent decision problem is an optimization problem expressing a heterogeneous and possibly complex set of constraints. We develop our contributions considering the Nash equilibrium as the primary solution concept and ground our research in the following principle: in MPGs, the plausibility of Nash equilibria stems from the availability of efficient tools to compute and select them. Accordingly, we provide original algorithms and theoretical frameworks to characterize, compute and select Nash equilibria in MPGs. First, we tackle the problem of computing and selecting equilibria in Integer Programming Games (IPGs), namely MPGs where each player solves a parametrized integer program. By devising concepts such as equilibrium inequality, equilibrium separation oracle, and equilibrium closure, we let archetypical tools of integer programming acquire a game-theoretic role. We design ZERO Regrets, a cutting plane algorithm for computing and selecting equilibria in IPGs. We test the algorithm on a game from AGT and a multi-agent extension of the knapsack problem and further provide novel theoretical and computational results on the efficiency of equilibria. Second, we introduce Cut-and-Play, an algorithm to compute equilibria for ReciprocallyBilinear Games (RBGs), a class of MPGs where each player's objective is linear in its variables and contains bilinear terms among the player's variables and its opponents' ones. The algorithm computes equilibria by exploiting a series of approximations of each player's optimization problem and leveraging branching and cutting plane methods. Our algorithmic approach is general and extensible, and it integrates with existing mathematical programming solvers; in practice, it outperforms the state-of-the-art algorithms in both computing times and equilibria efficiency. x Third, we analyze a class of MPGs among the leaders of Stackelberg Games (i.e., sequential leader-followers games) and their application in energy markets. We prove it is Σp2-hard to decide if the game admits an equilibrium and introduce an algorithm for computing and selecting equilibria. Further, we provide a real-world study on the Chilean-Argentinian energy market and deliver managerial insights based on the information equilibria provide. Finally, we present ZERO, a modular and extensible C++ library for experimenting with RBGs. ZERO provides a comprehensive toolkit of modeling interfaces to design RBGs, and several algorithms to compute their Nash equilibria. Our commitment to open-source aims at fostering methodological and practical advancements in the area of MPGs


identifier: Mozaffari, M. A. (2022). Investigating User Interface Design Generation Techniques for Designer Inspiration  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'inspiration est l'une des étapes essentielles du processus de conception. La créativité et l'originalité du travail sont des facteurs importants qui dépendent fortement de l'étape de l'inspiration. Les designers recherchent généralement des exemples existants avant de commencer la conception pour avoir des idées sur les travaux récents et s'en inspirer respectivement. Il existe un nombre limité d'outils ou de sites web pour répondre aux besoins d'inspiration des designers d'interfaces utilisateur. De plus, ces outils peuvent causer certains problèmes de conception comme la dérive ou la fixation de la conception. Nous proposons une approche basée sur StyleGAN pour résoudre ces problèmes. Le modèle proposé est un Réseau Adversarial Génératif basé sur le style qui est capable de générer un design d'interface utilisateur aléatoire ou un design d'interface utilisateur pertinent pour l'image d'entrée. Nos résultats montrent que le modèle génère non seulement des designs pertinents mais aussi des images diverses. Comme nous le savons, ces deux facteurs (pertinence et diversité) sont très importants pour l'inspiration. Dans notre étude auprès de praticiens UI/UX évaluant la facilité d'utilisation et la performance de notre modèle, nos participants ont déclaré que ce modèle pourrait être une alternative viable aux outils d'inspiration actuels ou aux sites web pour les designers d'interface utilisateur.  ABSTRACT: Inspiration is one of the substantial steps in the user interaction design process. The creativity and originality of the design work are important factors that are highly dependent on the inspiration step. Designers usually look for existing examples before starting the design to be familiar with and get ideas from the recent works. However, there are a limited number of tools exist to fulfill the user interface designers' needs in inspiration. In addition, existing design example retrieval techniques may cause design problems such as design drift or design fixation. We propose a StyleGAN-based approach to address these issues. The proposed technique is a style-based Generative Adversarial Network that is able to generate a random user interface design or a user interface design relevant to the input image. Our results show that the technique not only generates the relevant designs but also diverse images. In our user study with UI/UX practitioners evaluating the usability and the performance of our technique, our participants stated that this technique could be a feasible alternative for the current design example retrieval techniques for user interface designers.


identifier: Brizard, B. (2022). Conception d'un sous-réseau d'antennes à résonateur diélectrique pour radar à synthèse d'ouverture destiné à la mesure de masse de neige  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réchauffement global entraîne une réduction de la couverture de neige dans l'Arctique canadien et éventuellement à une hausse du niveau des océans. La recherche proposée s'inscrit dans le développement d'un système de télédétection pour mesurer l'épaisseur de neige. Le principe de la mesure est basé sur la réponse différentielle de rétrodiffusion de la neige à 13.5 et 17.2 GHz (bande Ku). Le projet consiste à développer un sous-réseau linéaire qui ferait partie d'une antenne de radar à synthèse d'ouverture (RSO) montée sur un satellite en basse orbite. Le défi consiste à concevoir un sous-réseau qui pourra fonctionner sur deux bandes de fréquences et deux polarisations linéaires orthogonales. Le défi technique le plus important de ce projet est de faire coexister sur un même élément deux ports d'excitation de l'élément de base, soit un port par polarisation, et d'obtenir une réponse à double-bande ou large bande stable sur chaque port. Une excellente isolation entre les polarisations est requise pour maintenir les bonnes performances du radar. En plus, cet élément et son réseau d'alimentation devront demeurer compacts pour limiter l'apparition de lobes discordants lorsque le faisceau du radar sera balayé. Dans ce mémoire, la conception d'un réseau d'antennes à résonateurs diélectriques est proposée pour répondre au cahier des charges. D'abord, une analyse mathématique des modes excités permet la conception d'une antenne à résonateur diélectrique fonctionnant à une seule polarisation et étant à bande duale. Un sous-réseau 2x2 est fabriqué et testé afin de valider la conception de cet élément. Par la suite, une antenne à résonateur diélectrique à bande et polarisation duale est conçue et fabriquée. La fabrication de l'antenne pose des défis techniques importants. Des défauts de fabrication causent une détérioration des résultats mesurés. Par la suite, la simulation des performances d'un réseau 32x32 est abordée. Pour y arriver, le patron d'un élément dans l'environnement du réseau est calculé afin de tenir compte du couplage mutuel. Les performances de ce réseau dépassent les attentes du cahier des charges, sauf lorsque le faisceau est balayé en élévation. Dans ce cas, le requis sur les lobes discordants n'est pas respecté et des solutions sont envisagées.  ABSTRACT: Global warming is leading to a reduction in snow cover in the Canadian Arctic, and eventually to a rise in sea levels. The proposed research is part of the development of a remote-sensing system to measure snow depth. The principle of the measurement is based on the differential backscatter response of snow at 13.5 and 17.2 GHz (Ku-band). The project consists in developing a linear sub-array that would be part of a Synthetic Aperture Radar (SAR) antenna mounted on a low orbiting satellite. The challenge is to design a subarray that will be able to operate on two frequency bands and two orthogonal linear polarizations. The most important technical challenge of this project is to have two excitation ports coexisting on the same element, one port per polarization, and to achieve a stable dual-band or broadband response on each port. Excellent isolation between polarizations is required to maintain good radar performance. In addition, this element and its power dividing network must be kept compact to limit the occurrence of grating lobes when the radar beam is scanned. In this thesis, the design of an antenna array with dielectric resonators is proposed to meet the specifications. First, a mathematical analysis of the excited modes allows the design of a dielectric resonator antenna operating at a single polarization and being dual band. A 2x2 subarray was fabricated and tested to validate the design of this element. Subsequently, a dual-band and dual-polarization dielectric resonator antenna is designed and fabricated. The fabrication of the antenna poses significant technical challenges. Manufacturing defects cause a deterioration of the measured results. Next, the simulation of the performance of a 32x32 array is discussed. To achieve this, the pattern of an element in the array is calculated to account for mutual coupling. The performance of this array exceeds the specifications, except when the beam is scanned in elevation. In this case, the requirement on grating lobes is not respected and solutions are considered. It is shown that the array must be designed with a differential feeding to respect the port isolation and cross-polarization discrimination requirements.