identifier: Noghabaei, S. M. (2021). High-Sensitivity Ultra-Low-Power Integrated RF Energy Harvesting for IoT, Wearable Devices and Biomedical Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'Internet des objets (IoT) est une technologie émergente qui a trouvé plusieurs applications dans notre vie quotidienne, des villes et maisons intelligentes aux dispositifs connectés au corps. Les batteries ne sont pas une solution envisageable pour nombre de ces applications, en particulier pour les appareils électroniques biomédicaux et les dispositifs implantables portables, en raison des problèmes de remplacement et de la possibilité de fuites. La récolte d'énergie par radiofréquence (RERF) est une solution prometteuse et un choix réalisable pour l'alimentation des dispositifs dans le scénario IoT, en raison de la disponibilité des signaux RF partout où les humains se trouvent, en particulier lorsque d'autres sources telles que l'énergie solaire et thermique sont indisponibles ou limitées. L'un des principaux défis de la conception d'un collecteur d'énergie RF est sa sensibilité, qui correspond à la puissance RF minimale disponible nécessaire pour garantir la puissance de sortie à un niveau spécifique. Cette thèse contribue à ce sujet. Dans notre premier prototype intégré, nous introduisons, analysons et mettons en œuvre un nouveau convertisseur RF-DC. Le convertisseur développé est conçu et optimisé pour les applications IoT à ultra-basse puissance et biomédicales portables. Le redresseur interconnecté proposé compense la tension de seuil des transistors en utilisant des techniques de compensation de polarisation dynamique et statique. Ensuite, nous présentons un modèle analytique et des expressions du redresseur basés sur les équations des transistors MOSFET, permettant l'optimisation du redresseur en fonction du nombre d'étages et du dimensionnement des transistors, améliorant la sensibilité et la plage de puissance d'entrée du convertisseur. La méthode proposée permet d'optimiser les redresseurs différentiels à couplage croisé (DCC) jusqu'à leur limite de basse tension. Pour atteindre une large gamme de puissance d'entrée, la sensibilité du redresseur et l'efficacité à très faible puissance d'entrée doivent être maximisées ; par conséquent, nous proposons un modèle approprié pour le fonctionnement à basse tension/basse puissance qui permet d'effectuer l'optimisation du redresseur à de tels niveaux de puissance. En utilisant cette stratégie de conception, la sensibilité et le rendement de conversion d'énergie (RCE) mesurés à de faibles niveaux de puissance d'entrée surpassent les valeurs comparables rapportées dans les travaux précédents. Les RERF rapportées précédemment se sont principalement concentrées sur une seule source RF.  ABSTRACT: The Internet of things (IoT) is an emerging technology which found several applications in our everyday life, from smart cities and smart homes to on-body connected devices. Batteries are not a feasible solution for many of these applications, especially for wearable biomedical electronics and implementable devices, due to battery replacement challenges and the possibility of battery leakage. A promising solution and feasible choice for powering devices in the IoT scenario is radio frequency energy harvesting (RFEH), due to the availability of RF signals everywhere humans are, particularly where other sources such as solar and thermal energy are unavailable or limited.  A main challenge for RF power harvester design is its sensitivity, which is the minimum available RF power required to guarantee the output power at a specific level.   This thesis contributes to this topic. In our first integrated prototype, we introduce, analyze, and implement a new RF-DC converter. The developed converter is designed and optimized for ultra-low power IoT and wearable biomedical applications. The proposed cross-connected rectifier compensates the transistors threshold voltage by using both dynamic and static bias compensation techniques. Then, we present an analytical model and expressions of the rectifier based on the MOSFET transistor equations, allowing optimization of the rectifier as a function of the number of stages and transistors sizing, improving the sensitivity and the input power range of the converter. The proposed method allows optimizing the cross-coupled differential (CCD) rectifiers down to their low-voltage limit. To achieve a wide input power range, the sensitivity of the rectifier and efficiency at very low input power should be maximized; therefore, we propose a proper model for low-voltage/low-power operation that allows performing the optimization of the rectifier at such low power levels. Using this design strategy, the measured sensitivity and power conversion efficiency (PCE) at low input power levels outperform comparable values reported in previous works. The previously reported RFEHs mainly focused on a single RF source. The power might be insufficient and unreliable for some applications to operate a circuit for long periods while using single path RFEH as the only harvesting source. A main challenge in the design of reliable energy harvesting systems is to provide a continuous and stable power supply to a load despite the unfavorable availability characteristics of harvestable energy sources (often unpredictable), while maintaining at the same time the power consumption and size of the harvester as low as possible.


identifier: Ravary-Berger, F. (2021). Développement d'un outil paramétré pour l'optimisation environnementale de la séquence de traitement de matières résiduelles avec prise en compte de la qualité des flux de matière  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Dans le contexte d'une transition vers une économie circulaire, un besoin existe pour des outils d'aide à la décision permettant d'évaluer de façon prospectice les performances environnementales de systèmes de gestion des matières résiduelles. Or, les impacts directs et indirects ainsi que les bénéfices environnementaux de procédés, et particulièrement en gestion des matières résiduelles où la composition des flux de matières est très hétérogène et variable, sont sensibles à leurs paramàtres d'opération, aux compositions et propriétés de la matière entrante et à la qualité des produits de valorisation substituts dans l'économie. Les outils de quantification des impacts environnementaux actuellement disponibles ne permettent pas de prendre tous ces facteurs en considération, et ce, dans un contexte québécois.  ABSTRACT: In the context of a transition to a circular economy, there is a need for decision support tools that allow for prospective evaluation of waste management systems' environmental performances. The direct and indirect impacts as well as the environmental benefits of processes, particularly in waste management where the composition of material flows is heterogeneous and variable, are sensitive to their operating conditions, to the composition and properties of the incoming materials and to the quality of the recovery products substituted in the economy. The tools currently available for quantifying environmental impacts do not take all of these factors into consideration, nor do they do so in a Quebec context.


identifier: Ooghe, N. (2021). Économie Politique des finances publiques : L'expérience des États américains  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'introduction générale de la thèse présente les défis et enjeux contemporains de l'économie politiques des finances publiques en présence de règles budgétaires. Sans prétendre à l'exhaustivité, nous délimitons les avantages et les limites de la dette, ainsi que l'attrait naturel des dirigeants politiques à son égard. Au regard des risques liés à un endettement excessif, nous discutons des mécanismes contraignants, telles que les règles budgétaires, visant à limiter les distorsions politiques en matière de bien-être. Ainsi, nous posons les chapitres de la thèse sur cette frontière des connaissances. A l'heure où les plans de relance accordent une belle place aux infrastructures de transports, nous examinons dans le chapitre 1, l'impact productif de telles dépenses dans les États américains sur la période 1978-2018. En effet, l'investissement public apparait comme un élément déterminant de la croissance future et donc de l'évolution favorable du ratio dette/PIB. Si les infrastructures de transport ont favorisé la croissance de la productivité globale des facteurs jusqu'à la fin du XXe siècle, les données ne révèlent pas d'effet significatif sur la période récente. En distinguant dans les dépenses le financement fédéral de celui effectué par les États américains eux-mêmes, nous constatons que les subventions fédérales réduisent la croissance de la productivité. Si nos résultats reflètent le niveau avancé des infrastructures de transport dans les États américains, ils invitent à la prudence quant à l'effet à attendre d'une relance par ce biais. Dans le chapitre 2, nous nous projetons dans les tous premiers mois de l'année 2020, en examinant l'effet des règles budgétaires en matière de politique de santé. Les réponses politiques des États américains à la pandémie de COVID-19 ont-elles été motivées par des politiques partisanes ou par des raisons budgétaires ? Nous montrons que les règles budgétaires ont également eu un impact, relayées par la possibilité de disposer des fonds précédemment stockés sur le fonds de stabilisation (rainy day fund). Les responsables politiques des États ont tenté de résoudre la quadrature du cercle en respectant simultanément les règles budgétaires, en limitant l'impact économique des mesures de distanciation sociale, en luttant contre la pandémie et en répondant à leur base politique. Certaines règles budgétaires ont induit un arbitrage entre santé et finances publiques, ce qui pourrait relancer le débat sur la procyclicité des règles budgétaires. Le chapitre 3 analyse les déterminants institutionnels des erreurs de prévision budgétaire dans les États américains sur la période 1988-2017. Malgré des règles budgétaires réputées contraignantes, nous mettons en évidence que non seulement les erreurs de prévision budgétaire sont persistantes, mais que les gouverneurs ne font pas le meilleur usage des informations dont ils disposent. En distinguant le niveau de conception juridique des règles ainsi que leur positionnement dans les phases du processus budgétaire, nous montrons que, pour les États en cycle budgétaire annuel, seul le nombre de règles constitutionnelles dans la phase de mise en œuvre exerce une fonction limitative sur les erreurs de prévision budgétaire. Cette réduction des erreurs de prévision budgétaire par ce type de règle ne semble pas être le fait de meilleures prévisions en amont mais plutôt la conséquence d'ajustements budgétaires via les dépenses en aval, ce qui pourrait également relancer le débat sur la procyclicité des règles budgétaires. Le chapitre 4 procède donc à l'examen des déterminants institutionnels des ajustements budgétaires en cas de choc inattendu sur le budget des États américains. L'étude des règles budgétaires en vigueur dans les États américains, pour la plupart depuis très longtemps, permet de juger si leur effet est pro- ou contra-cyclique face à un choc. Nous analysons les ajustements budgétaires mis en œuvre, non seulement en étudiant les variations des dépenses et des impôts, mais nous intégrons aussi la volatilité de l'emploi public. Nous montrons que, pour les États en cycle budgétaire annuel, le nombre de règles budgétaire dans la phase de mise en œuvre du budget exerce une fonction limitative sur le budget, notamment si elles sont de nature constitutionnelle. Ce sont ces règles qui contraignent les gouverneurs à opérer des ajustements budgétaires sur les dépenses, et ce avec un effet amplifié selon la force d'un choc non anticipé (générant donc un comportement procyclique).  ABSTRACT: The general introduction to the thesis presents the contemporary challenges and issues of the political economy of public finance in the presence of fiscal rules. Without claiming to be exhaustive, we delimit the benefits and limits of debt, as well as the natural appeal of political leaders to it. With respect to the risks of excessive debt, we discuss binding mechanisms such as fiscal rules to limit policy distortions, on welfare. Thus, we set the thesis chapters on this knowledge frontier. At a time when stimulus plans are giving pride of place to transport infrastructure, we begin by examining, in Chapter 1, the productive impact of this type of spending in the American states over the period 1978-2018. Indeed, public investment appears to be a key determinant of future growth and thus of the favorable evolution of the debt/GDP ratio. While transport infrastructure contributed to total factor productivity growth until the end of the 20th century, the data do not show a significant effect in the recent period. Moreover, when we distinguish between federal and state funding of expenditures, we find that federal subsidies reduce productivity growth. While our results reflect the advanced level of transportation infrastructure in the U.S. states, they suggest that one showed be cautions about the effect of stimulus spending. In Chapter 2, we look ahead to the very early months of 2020, examining the effect of budget rules on health policy. Were U.S. state policy responses to the COVID-19 pandemic driven by partisan politics or by budgetary reasons? We show that Balanced-Budget Rules also had an impact, mediated by the possibility of benefiting from the funds previously stored in Budget Stabilization Funds. State policymakers tried to square the circle by simultaneously respecting budget rules, limiting the economic impact of the social distancing measures, combating the pandemic, and pandering to their political basis. Some fiscal rules have induced a trade-off between health and public finance, which may reignite the debate on the procyclicality of fiscal rules. Chapter 3 analyzes the institutional determinants of budget forecast errors in U.S. states over the period 1988-2017, whereas this examination is not addressed in the empirical literature from the perspective of budget rules. Despite supposedly binding budget rules, we highlight that not only are budget forecast errors persistent, but that governors do not make the best use of the information available to them. By distinguishing between the level of legal design of the rules and their positioning in the phases of the budget process, we show that, for U.S. states in the annual budget cycle, only the number of constitutional rules in the implementation phase exerts a limiting function on budget forecast errors. This reduction in budget forecast errors by this type of rule does not seem to be the result of better upstream forecasting but rather the consequence of budgetary adjustments via expenditures downstream. This could also reopen the debate on the procyclicality of fiscal rules. Chapter 4 thus examines the institutional determinants of budgetary adjustments in the event of an unexpected shock to the US state budget. By studying the fiscal rules in place in the US states, most of which being in place for a very long time, we are able to judge whether their effect is proor counter-cyclical in the face of a shock. We analyze the budgetary adjustments implemented, not only by studying changes in expenditures and taxes, but we also integrate the volatility of public employment. We show that, for states with an annual budget cycle, the number of fiscal rules in the budget implementation phase exerts a limiting function on the budget, especially if they are constitutional in nature. It is these rules that force governors to make budgetary adjustments to expenditures, with an amplified effect depending on the strength of an unanticipated shock (thus generating procyclical behavior).


identifier: Kennedy-Hoyland, C. (2021). Electrospun Cellulose Acetate and Metal Oxide Composite Membranes for Water Filtration Applications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des membranes en acétate de cellulose ont été testées pour leur capacité à éliminer les microplastiques, l'arsenic (V) et le cuivre (II) de l'eau par filtration directe. À cette fin, sept membranes composites en acétate de cellulose (CA) et en oxyde métallique ont été préparées par électrofilage en solution pour des applications de filtration. Les membranes préparées avaient des diamètres de fibres allant de 0,4 à 0,9 μm avec des tailles de pores moyennes variant de 2 à 7 μm. Toutes les membranes ont réussi à éliminer les particules de plastique d'un diamètre supérieur à 15-20 μm. Les différentes compositions de membranes ont eu un succès variable dans l'élimination de l'arsenic, la membrane noyée dans l'oxyde de fer à 2,5 % ayant obtenu un rejet de 70 % de l'arsenic, tandis que le taux d'élimination le plus faible (0 %) a été obtenu par la membrane composite d'oxyde de fer à 0,5 %. Les résultats de l'élimination de l'ion cuivre (II) de l'eau n'étaient pas concluants, mais les tendances générales des données montrent que les membranes étaient surtout inefficaces pour éliminer le cuivre à des concentrations d'environ 0,5 g/L et à un pH de 4. Cependant, l'élimination du cuivre pour toutes les membranes approchait 80 % à des niveaux de pH neutres, le cuivre étant alors principalement dans un état solide oxydé, ce qui est prometteur pour l'élimination des particules. Ceci a été interprété comme un succès relatif dans les capacités de filtration par rapport aux travaux précédents sur des membranes similaires. L'ajout d'oxydes métalliques n'a pas montré une amélioration suffisamment significative de la qualité de la membrane pour recommander l'utilisation de membranes composites par rapport aux tapis de CA purs.  ABSTRACT: Cellulose acetate membranes were tested for their ability to remove microplastics, arsenic (V), and copper (II) from water via direct filtration. For this purpose, seven cellulose acetate (CA) and metal oxide composite membranes were prepared by solution electrospinning for filtration applications. The prepared membranes had fiber diameters ranging from 0.4 to 0.9 μm with the average pore sizes of the membranes varying from 2 to 7 μm. All membranes were successful in removing plastic particles above 15-20 μm in diameter. The different membrane compositions had varying success at arsenic removal with the 2.5% iron oxide embedded membrane achieving 70% arsenic rejection while the lowest removal rate of 0% was achieved by the 0.5% iron oxide composite membrane. The results of copper (II) ion removal from water were inconclusive, however the general trends of the data shows that the membranes were mostly ineffective at removing copper at concentrations around 0.5 g/L and a pH of 4. However, copper removal for all membranes approached 80% at neutral pH levels, at which point the copper was predominantly as a solid oxidized state. This was interpreted as a relative success in filtration capabilities compared to previous works on similar membranes. The addition of metal oxides did not show a significant enough improvement in membrane quality to recommend the use of composite membranes over neat CA mats.


identifier: Cros, S. (2021). Méthodes d'apprentissage profond 3D en radiothérapie pour la segmentation d'organes et la prédiction de distributions de dose  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le cancer de la tête et du cou se développe dans une région foisonnante d'organes, de tissus et de structures vitales. La radiothérapie externe est une des modalités privilégiées pour le traitement de ce cancer car les récentes innovations qu'elle a connues permettent d'administrer des doses à des tumeurs difficiles d'accès. Cette modalité nécessite cependant une longue période de planification, notamment pour les étapes de segmentation des structures et d'élaboration des plans de dose. Bien que le développement de méthodes automatiques permette de réduire ces deux étapes de plusieurs dizaines de minutes, la production de traitement pour cette région complexe se compte encore en heures. La récente évolution des modèles d'apprentissage profond et plus particulièrement les réussites des réseaux de neurones convolutifs ont accéléré la recherche de nouvelles méthodes dans ce domaine. Des tâches de segmentation et de régression sont abordées avec des réseaux profonds qui, à l'issue d'un entraînement minutieux, produisent des résultats en quelques secondes seulement. Dans ce mémoire, nous présentons deux méthodes basées sur les encodeur-décodeurs convolutifs 3D pour aider à la planification des plans de doses. Une première méthode de segmentation automatique d'organes est développée pour une base de données interne de patients atteints du cancer de la tête et du cou. La solution proposée aborde les méthodes de transfert de poids et démontre les bienfaits de l'initialisation des réseaux avec une moyenne de poids. Le score de Dice moyen obtenu sur l'ensemble des organes considérés est de 0.75. Cela semble indiquer que les modèles entraînés pour la segmentation d'organes distincts disposent d'information transférable entre modèles. Une deuxième méthode répondant au besoin d'outils efficaces de génération de distribution de dose est ensuite proposée. La solution présentée est à la fois testée sur une base de données interne comportant des variations réalistes et sur une base de données publique standardisée. Dans les deux cas, l'architecture enrichie d'un objectif mixte incluant des aspects cliniques démontre des performances accrues face à deux architectures de l'état de l'art avec 0.95 (0.98) pour la couverture D95, 1.06 (1.07) pour la dose maximale, 0.10 (0.08) pour l'homogénéité et 0.53 (0.79) pour l'index de conformité sur la base de données interne (publique). Le modèle proposé inclut des convolutions denses et des modules d'attention portés par des couches choisies et offre des capacités de prédiction en temps réel. Les deux méthodes pourraient ainsi être intégrées en clinique pour la radiooncologie, fournissant respectivement un outil de segmentation automatique et un outil de visualisation de plans de dose.  ABSTRACT: Head and neck cancers develop in a region of abundance and variability of structures. External radiotherapy is one of the most common type of treatment for this kind of cancer and has benefited from recent innovations that both reduces the time of the process and facilitates delivering radiations to intricate areas of tumor growth. However, that treatment modality endures long planning times, notably through the need of accurate structure segmentations and dose plans. Automatic contouring methods have shortened these steps, yet treatment planning remains very time-consuming for such a challenging site. This is in part due to the very high number of iterations needed to produce both clinically desirable and physically deliverable dose plans. The recent deep learning breakthroughs, notably illustrated by the achievements of convolutional neural networks, has fostered research for new methods in the field. Deep neural networks thoroughly trained for segmentation and regression problems even show real-time capabilities. In this thesis, we present two 3D convolutional encoder-decoder-based methods for radiation therapy planning. A first method for automatic organ segmentation was developed and tested on an in-house dataset of head and neck cancer patients. The proposed solution relies on transfer learning methods and illustrates the superiority of a weight averaged initial state against simple transfer learning. We obtained a Dice score of 0.75 on average on all organs. This seems to indicate that models trained for different organs share several common features and could thus benefit from other predictor's weights. A second method that addresses dose plan prediction was tested on two distinct datasets: an in-house dataset that reflects realistic variability and a more standardized dataset publicly available. The architecture was trained using a mixed objective that includes clinical knowledge and demonstrates the best performance on both datasets compared against two state of the art models reaching 0.95 (0.98) on D95 coverage, 1.06 (1.07) on max dose value, 0.10 (0.08) on homogeneity and 0.53 (0.79) on conformity index for the in-house (public) dataset. This emphasizes the relevance of domain knowledge to predict accurate dose distributions as it helps reducing the tradeoff between tumor coverage and sparing of organs. The proposed model integrates cheap dense convolutions and attention modules and offers real-time capabilities. The two methods could be easily integrated within the clinical workflow as an automatic segmentation tool and a dose visualization tool respectively.


identifier: Belkhiri, A. (2021). Analyse de performances des réseaux programmables, à partir d'une trace d'exécution  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, plusieurs architectures réseau innovantes, telles que les réseaux définis en logiciel (SDN) et la virtualisation des fonctions de réseau (NFV), ont été proposées, afin de répondre aux besoins des applications modernes, en bande passante et flexibilité. L'objectif de ces architectures est d'augmenter la programmabilité des réseaux, afin de faciliter leur gestion, et rendre plus flexible le déploiement des nouveaux services. En effet, le SDN repose sur la centralisation de l'intelligence du réseau dans une entité appelée Contrôleur SDN, et la suppression des fonctions de contrôle dans les équipements de transfert de données. D'un autre côté, la NFV se base sur l'exploitation des fonctions réseau (p. ex., routage, filtrage, équilibrage de charge) sous la forme d'applications qui s'exécutent dans des machines virtuelles, au lieu d'utiliser du matériel spécifique, cher et peu flexible. Dans ces architectures, le logiciel devient de plus en plus important, en prenant en charge des fonctions qui étaient auparavant remplies par du matériel dédié. Toutefois, cette "softwarisation" favorise davantage l'occurrence des bogues de performance dans les réseaux, et complique énormément le diagnostic de leurs causes profondes. Le travail de recherche que nous présentons dans cette thèse porte sur l'analyse de performance des solutions logicielles utilisées dans la mise en oeuvre des infrastructures SDN et NFV. En effet, nous proposons une approche d'analyse qui se base sur le traçage dans la collecte des données de performance requises pour les analyses. Pour appliquer cette approche, nous avons instrumenté le code source de plusieurs logiciels, comme DPDK, Open vSwitch, et KVMGT. Les points de trace insérés permettent de mettre en lumière le fonctionnement du logiciel observé, et de décrire en détails les interactions entre ses différents mécanismes. Pour capturer les données exportées par ces points de trace, nous avons utilisé un outil qui s'appelle Linux Trace Toolkit Next Generation (LTTng). Ce traceur est particulièrement connu pour son faible surcoût et sa capacité à tracer le noyau Linux, ainsi que les applications qui s'exécutent dans l'espace utilisateur.  ABSTRACT: In recent years, several innovative network architectures, such as Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV), have been proposed to meet the needs of modern applications for more bandwidth and flexibility. These architectures aim to make networks more programmable, in order to facilitate their management and to increase the flexibility of new services deployment. Hence, the SDN is based on moving the network intelligence from packet forwarding equipment to a central entity called SDN Controller. On the other hand, NFV is based on the use of applications running in virtual machines to execute network functions (e.g., routing, filtering, load balancing), instead of using expensive dedicated hardware. In these architectures, the software is becoming increasingly important, because it implements functions that were previously performed by hardware. Nevertheless, this "softwarization" causes the performance bugs in the network to become more frequent, and complicates the task of finding and analyzing their root causes.The focus of the research work presented in this thesis is on the performance analysis of software used in SDN and NFV infrastructures. Hence, we propose an analysis approach that uses tracing to collect performance data from various sources, such as the kernel and userspace applications. To implement this approach, we instrumented the source code of several network applications, such as Open vSwitch, DPDK, and KVMGT. The inserted tracepoints enable shedding light on the operations of the observed software, and describing the interactions between its different mechanisms. To capture the data exported by these tracepoints, we used a tool called Linux Trace Toolkit Next Generation (LTTng). This tool is particularly known for its low overhead and its ability to trace the Linux kernel and userspace applications. To minimize the impact of tracing on the performance of the observed software, we make a trade-off between the granularity of the tracing data and the overhead we believe the user can tolerate. The breakdown of the overhead induced by the data collection phase shows that the impact of the tracer on the execution time of the monitored application is minimal (<2%). However, the tracing overhead in terms of storage space is significant. We proposed, therefore, an efficient technique to reduce the size of generated traces. This technique consists of configuring the tracer to start, in the same time, two tracing sessions. The first session collects tracing data from a limited number of tracepoints. We analyze the data collected from this session to detect potential performance  anomalies using online analyses.


identifier: Haji Mohammad, F. (2021). Evaluation and Configuration of a Demand-Driven Distribution Resource Planning (DDDRP)  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation de la chaîne d'approvisionnement est la clé du succès pour les industries, en particulier les systèmes de fabrication, afin de rester compétitifs. Parmi les travaux connexes, ceux qui ont porté une attention particulière aux techniques des réseaux de distribution en réseau d'approvisionnement sont l'intense intérêt de ce projet. Quelques techniques existantes et approches existantes telles que la planification des ressources de distribution (DRP) régulent leur objectif d'optimisation du niveau de stock (stock de sécurité) et du coût total de possession de la chaîne d'approvisionnement. Pour atteindre l'objectif mentionné, ce projet se concentre sur l'examen d'une nouvelle technique appelée Demand-Driven Distribution Resource Planning (DDDRP) qui s'inspire de la Demand-Driven Material Requirement Planning (DDMRP). Nous démontrons que la nouvelle technique est capable de combler certaines des lacunes liées aux approches précédentes pour optimiser le réseau de distribution. Dans l'approche DRP, qui est établie sur la prévision de la demande, des tableaux DRP sont appliqués pour calculer le niveau l'inventaire contient le stock de sécurité dans la chaîne d'approvisionnement. Alors que l'approche DDDRP dans laquelle les demandes réelles ou l'utilisation quotidienne moyenne (ADU) jouent un rôle clé, essaie de positionner des tampons dans les nœuds, ce qui conduit à la minimisation du coût total de détention de la chaîne d'approvisionnement. Pour ce faire, nous formulons le modèle d'optimisation et le résolvons. Ensuite, les résultats de deux indicateurs de performance sont comparés avec les deux approches DRP et DDDRP dans le cas d'un réseau de distribution de vingt-deux nœuds. Les résultats indiquent que le volume total du niveau tampon, qui est mis dans la réseau de distribution par la technique DDDRP par rapport au volume total de l'inventaire qui est placé dans la réseau par la technique DRP est réduit de 66%. Il est également démontré que le coût total de stockage au niveau de la réseau d'approvisionnement avec la technique DDDRP diminue de 74%.  ABSTRACT: Optimizing supply network is crucial importance to industries, especially to manufacturing systems, in order to remain competitive. Among the related literature, those that have paid close attention to techniques for distribution networks in the supply chain are the particular interest of this project. Some existing techniques and approaches such as Distribution Resource Planning (DRP), set their goal on optimizing the level of inventory and the total holding cost of the supply network. To achieve the mentioned goal, this project focuses on examining a novel technique named Demand-Driven Distribution Resource Planning (DDDRP), which is inspired by Demand-Driven Material Requirement Planning (DDMRP). We claim that the new technique is able to address some of the deficiencies of the previous approaches to optimize the distribution network. In the DRP approach, which is established on demand forecasting, DRP tables are applied to calculate the level inventory contains the safety stock in the supply network. The DDDRP approach, in which the actual demands or Average Daily Usage (ADU) play a key role, attempts to position buffers in the nodes, which leads to the minimization of the total holding cost of the supply network. To do so, we formulate the optimization model, and solve it. Then, the results of two performance measures are compared with two approaches DRP and DDDRP using a twenty-two node distribution network as a case study. The results indicate that the total amount of the buffer, which is put into the distribution network by the DDDRP technique compared to the total amount of the inventory that is placed in the supply network by the DRP technique, is reduced by 66%. It is also shown that the total holding cost of the inventory in the supply network with the DDDRP technique decreases by 74%.


identifier: Pollo-Guilbert, G.-A. (2021). Déduction des cibles de sauts indirects pour les applications de traçage x86  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le traçage est un outil puissant utilisé dans le processus de développement d'une application. Ceci est particulièrement utile pour comprendre le comportement des applications qui interagissent en temps réel avec plusieurs composantes externes. En effet, ces applications ne peuvent généralement pas être arrêtées pour inspecter leur état interne à l'aide d'un débogueur interactif. A la place, alors que l'application roule à vitesse normale, une trace de son execution est générée, afin de suivre son chemin d'exécution et enregistrer les valeurs importantes dans la trace. Le programmeur doit premièrement insérer des sondes dans son logiciel. Lorsqu'une sonde est lancée, un évènement est créé et enregistré. Grâce au traçage, le développeur est en mesure d'extraire un grand volume d'information critique à l'optimisation ou au débogage de certains problèmes. Contrairement à la journalisation, le traçage se doit d'avoir le plus petit surcout d'exécution. Par conséquent, différentes optimisations sont effectuées. Dans les applications de haute disponibilité, le développeur doit pouvoir extraire de l'information concernant l'exécution. Idéalement, une sonde est déjà insérée statiquement dans le code source de l'application. Cependant, il peut être difficile de prédire quel problème pourrait survenir en production, l'insertion des sondes doit être plus flexible. Grâce à l'instrumentation dynamique, il sera possible d'insérer de telles sondes en parallèle à l'exécution d'un programme. L'insertion dynamique d'une sonde consiste à modifier certaines parties d'un programme, au niveau des instructions, afin de rediriger le flot d'exécution vers une routine d'instrumentation qui se charge d'enregistrer les données d'intérêts. Cette modification du programme amène beaucoup de problèmes et de défis. Un des problèmes qui limite le taux de succès de l'instrumentation est la difficulté d'extraire le graphe de flot de contrôle d'une fonction, pour déterminer si deux instructions ou plus peuvent être remplacées par une redirection. Dans ce mémoire, nous présentons une technique basée sur la correspondance de patrons afin d'extraire ce graphe. Ce problème a longtemps été étudié dans le domaine de la translation de code ou de la rétro-ingénierie, mais rarement dans le domaine du traçage. Notre technique est en mesure d'extraire avec une grande fiabilité les données nécessaires au graphe de flot de contrôle et d'ainsi augmenter le taux de succès de l'instrumentation dynamique.  ABSTRACT: Tracing is a powerful tool used in the process of application development. It is especially useful to understand the behavior of applications that interact in real time with many different external components. Indeed, such applications often cannot be stopped, to inspect their state, using an interactive debugger. Instead, while the application is running at normal speed, a trace of its execution is generated, in order to follow its execution path and record important values in the trace. The developer must first insert tracepoints into the application. When a tracepoint is reached and executed, an event is created and saved in the trace. Thanks to tracing, the developer is able to extract a large amount of critical data that can be used for optimisation or debugging. Unlike logging, one of the requirements of tracing is that its execution must carry as low overhead as possible. To do so, multiple techniques are used by different tracers. In high reliability environments, a common task of a developer is to be able to extract information concerning the execution of a system. Ideally, a tracepoint would already be inserted statically into the application source code. However, it is very difficult to predict what kind of bug the system will face in production. Hence, the instrumentation of a program needs to be more flexible, since we may be missing tracepoints. Thanks to dynamic instrumentation, it will now be possible to insert such dynamic tracepoints while the system is running. The insertion of dynamic tracepoints usually relies on the modification of individual instructions in a program. It needs to do that in order to redirect the execution flow to specialised instrumentation that will save the data of interest. Modifying a program, especially when it is running, brings a great deal of problems and challenges. One of the problems that decreases the success rate of dynamic instrumentation is the difficult task of recovering the control flow graph of a function, to determine if two or more instructions can be replaced by a redirection. In this thesis, we present a technique, based on pattern matching, that can recover the required jump targets, to obtain a control flow graph. This problem has long been studied in the domain of binary translation or reverse engineering, but rarely in the domain of tracing. Our efficient technique is able to recover with high reliability the control flow graph, hence increasing the success rate of dynamic instrumentation.


identifier: Zhai, Y. (2021). Design of Barricades Made of Waste Rocks for Backfilled Stopes  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les quantités massives de solides produits par les mines en formes de stériles et de résidus miniers sont déposées à la surface. Ces rejets miniers peuvent constituer la source d'aléas géotechniques et de problèmes environnementaux (drainage minier acide, drainage neutre contaminé). Pour minimiser les problèmes environnementaux et géotechniques, le remblayage des chantiers souterrains avec des rejets miniers est devenu une pratique populaire et largement adopté dans les mines modernes en souterrain. Une principale préoccupation correspondante est de savoir si les barricades ont une capacité suffisante pour retenir la boue de remblai fraîchement déversée dans les chantiers. La capacité (résistance) d'une barricade dépend de sa géométrie et du type de matériau. Au Canada, l'utilisation des roches stériles pour la construction des barricades est devenue populaire. Des solutions analytiques ont été proposées par Li et collaborateur pour dimensionner les barricades faites de roches stériles. Les solutions analytiques ont été calibrées ou validées par des résultats numériques obtenus avec des modèles bi- dimensionnels. De plus, aucune solution n'est disponible pour la conception de béton projeté appliqué sur les barricades en roches stériles. L'objectif de cette thèse est de développer des solutions analytiques pour la conception des barricades en roches stériles avec ou sans béton projeté. Pour atteindre cet objectif, un outil numérique 3D est nécessaire. FLAC3D a été choisi pour sa disponibilité et son vaste application en géotechnique. Sa validité et son applicabilité ont été d'abord testées contre des solutions analytiques, développées pour estimer le débit d'eau à travers une digue en forme trapézoïdale. Ces travaux ont permis de montrer que seulement la solution analytique généralisée en 3D à partir de la théorie de Dupuit est capable de prédire correctement le débit d'eau. Plus de comparaisons montrent cependant que la solution généralisée en 3D de Dupuit ne permet de calculer correctement le débit d'eau lorsque la nappe d'eau en aval devient importante. Plus d'analyses ont permis de dévoiler que le modèle de Dupuit contient deux hypothèses non-représentatives, une sur la distance d'écoulement et l'autre sur l'aire transversale d'écoulement. La solution proposée basée sur la solution de Dupuit est modifiée en ajoutant deux coefficients d'étalonnage, un pour la longueur du trajet d'écoulement et un autre pour la section transversale d'écoulement moyenne. Les deux coefficients sont calibrés par quelques résultats numériques avec FLAC3D pour un cas particulier. La solution analytique proposée et calibrée est ensuite validée par des résultats de modélisation numérique supplémentaires avec différents cas. Les solutions numériques et analytiques sont ensuite validées par des résultats expérimentaux obtenus par des essais d'infiltration effectués en laboratoire. La réalisation de ces travaux a finalement mené à la naissance d'une solution améliorée pour estimer le débit d'eau à travers une digue en remblai rocheux et à la validation du modèle numérique de FLAC3D. Le logiciel FLAC3D peut être utilisé pour analyser la stabilité des barricades construites de roches stériles avec ou sans béton projeté. Une nouvelle solution analytique a été d'abord proposée pour estimer la cohésion de béton projeté requise avec une géométrie donnée ou pour estimer l'épaisseur du béton projeté requise avec un matériau de béton projeté donné. Les matériaux sont considérés comme élasto-plastiques obéissant au critère de Mohr-Coulomb. Un critère d'instabilité structurale, basé sur la première occurrence parmi les sauts de déplacement au sommet de la barricade ou la fusion des zones de plasticité, est introduit pour aider à juger d'une façon plus objective le début de l'instabilité d'une structure de barricade en roches stériles avec du béton projeté. La solution analytique proposée est d'abord calibrée par quelques résultats numériques. La capacité de prédiction de la solution analytique proposée a été vérifiée à l'aide des résultats numériques supplémentaires. Lors de la réalisation des travaux précédents, on a constaté que le plan de glissement dans les modèles numériques est toujours incliné alors que les solutions analytiques proposées ont été établies en supposant un plan de glissement horizontal. En plus, la solution analytique de Yang et al. (2017) développée pour dimensionner des barricades construites en roches stériles a été seulement validée partiellement par des résultats numériques obtenus avec FLAC2D. Une mise à jour de la solution de Yang et al. (2017) est nécessaire en considérant un plan de glissement incliné, validée par des modélisations numériques tridimensionnelles. Le coefficient de pression des terres pour la stabilité globale et la stabilité locale est modifié en considérant sa définition donnée dans le modèle de Yang et al. (2017). Ces modifications améliorent considérablement la solution car la solution proposée ne contient aucun coefficient de calibration empirique. La validité de la solution proposée est testée par des modélisations numériques avec FLAC3D. De nouveau, la première occurrence parmi les sauts de déplacement ou la fusion des zones de plasticité passant à travers la structure d'une barricade en roches stériles est utilisée comme le critère d'instabilité plus objectif pour estimer la longueur minimale requise d'une barricade en roches stériles. La solution proposée est ensuite validée contre des résultats expérimentaux disponibles dans la littérature.  ABSTRACT: Massive quantities of solid wastes produced by mines in the form of waste rocks and tailings are deposited on the ground surface. These mining wastes can be the source of geotechnical hazards and environmental problems (acid mine drainage, contaminated neutral drainage). To minimize environmental and geotechnical problems, stope backfilling with mine wastes has become popular and widely adopted by many modern underground mines. The main corresponding concern is whether the barricades have sufficient capacity to retain the freshly slurried backfill at the early age. The capacity (strength) of a barricade depends on its geometry and type of material. In Canada, using waste rocks to build barricades has become popular. Analytical solutions have been proposed by Li and coworkers to design waste rock barricades. Their solutions have been calibrated and validated by numerical results obtained by 2D models. In addition, there is no solution available to design shotcrete applied on waste rock barricades. The objective of this thesis is to develop analytical solutions for the design of waster rock barricades with or without shortcrete. To reach this objective, a 3D numerical tool is necessary. FLAC3D was chosen for its availability and large application in geotechnical engineering. Its validity and applicability was first tested against analytical solutions developed to estimate the seepage through a trapezoidal dam. This work has shown that only the analytical solution generalized in 3D from the Dupuit theory is able to correctly predict the seepage rate. More comparisons show however that the generalized 3D Dupuit solution is not able to correctly calculate the seepage rate when the downstream water table becomes important. Further analysis revealed that the Dupuit model contains two non-representative assumptions, one on the flow distance and the other on the cross-section area. The proposed solution based on Dupuit's solution is modified by adding two calibration coefficients, one for the flow path length and another for the average area of cross section. Both coefficients are calibrated by some numerical results with FLAC3D for a particular case. The proposed and calibrated analytical solution is then validated by additional numerical modeling results with different cases. The numerical and analytical solutions are then validated by experimental results obtained from laboratory infiltration tests. The realization of this work led to the birth of an improved solution for estimating the seepage rate through a rockfill dam and the validation of the numerical model of FLAC3D. The FLAC3D can thus be used to analyze the stability of waste rock barricades with or without shotcrete. A new analytical solution was first proposed to estimate the required shotcrete cohesion with a given geometry or to estimate the required shotcrete thickness with a given shotcrete material. The materials are considered as elasto-plastic obeying the Mohr-Coulomb criterion. An instability criterion, based on the first occurrence among displacement jumps at the top of the barricade or the coalescence of plasticity zones, is introduced to help judge the onset of instability of waste rock barricades with shotcrete. The proposed analytical solution is first calibrated by some numerical results. The predictive capability of the proposed analytical solution was verified with additional numerical simulation results. In the previous work, the sliding plane in the numerical models is always inclined while the proposed analytical solutions were developed by assuming a horizontal sliding plane. In addition, the analytical solution of Yang et al. (2017) developed to size waste rock barricades was only partially validated by numerical results obtained with FLAC2D. An update of the Yang et al. (2017) solution is required by considering an inclined sliding plane and validated by three-dimensional numerical modeling. The earth pressure coefficient for global stability and local stability is modified according to its definition given in Yang et al. (2017). These modifications significantly improve the solution because the proposed solution does not contain any empirical calibration coefficient. The validity of the proposed solution is tested by numerical models built with FLAC3D. Again, the first occurrence among the displacement jumps or coalescence of yield zones passing through the waste rock barricade is used as a more objective instability criterion to estimate the minimum required length of waste rock barricades. The proposed solution is then validated against experimental results available in the literature.


identifier: Nguyen, T. N. Q. (2021). Faisabilité du procédé de boues granulaires aérobies en vue de déphosphatation biologique des eaux usées agroalimentaires - Modélisation et Expérimentation -  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le Centre de Traitement de la Biomasse de la Montérégie (CTBM) traite des eaux usées et des boues organiques provenant principalement de l'industrie agroalimentaire qui sont très riches en nutriments. Dans la perspective de maximiser la récupération de ressources de l'eau et de diminuer la quantité des produits chimiques utilisés au CTBM, ce projet a été effectué pour l'objectif principal de déterminer le potentiel de la déphosphatation biologique (bio-P) et de la récupération de phosphore par le procédé de boues granulaires aérobies (BGA). La faisabilité de ce projet a été validée à l'aide de BioWin – un logiciel de modélisation des eaux usées - ainsi qu'un dispositif expérimental incluant un réacteur biologique séquentiel à boues granulaires aérobies (RBS/BGA). Le projet comportait de quatre volets. Le premier volet a consisté en la réalisation d'une revue littérature afin de connaître l'état de l'art du procédé BGA; de mieux comprendre ses mécanismes et ses applications; de concevoir un système RBS/BGA à l'échelle en laboratoire en vue de bio-P; et de prédéterminer la faisabilité de la modélisation de ce procédé à d'aide du logiciel BioWin. Le deuxième volet a consisté en une analyse détaillée de la base de données du CTBM, révélant la grande variabilité des caractéristiques d'affluent actuel de CTBM, non seulement au cours d'une année sinon d'une année à l'autre. Les concentrations représentatives de l'affluent du CTBMIberville et les fractionnements de DCO, d'azote, de phosphore sont déterminés. Parallèlement une analyse de la filière de traitement existante et future est réalisée en vue de comprendre l'opération et le contrôle des filières. Le bassin RBS 32 (370 m3) dans la filière de traitement actuelle est identifié comme l'emplacement idéal pour réaliser le procédé BGA.  ABSTRACT: The Montérégie Biomass Treatment Center (CTBM) treats wastewater and organic sludge mainly from the food industry, which is very rich in nutrients. With the perspective to maximizing the recovery of water resources and reducing the amount of chemicals used at the CTBM, this project's objective was to determine the potential of biological phosphorus removal (bio-P) and recovery by the aerobic granular sludge process (AGS). The feasibility of this project was validated using BioWin – a wastewater modeling software - as well as a lab-scale system including a sequencing batch reactor with aerobic granular sludge (SBR/AGS).  The project had four components. The first part consisted of carrying out a literature review in order to: establish the state of the art of the AGS process; better understand its mechanisms and applications; design a lab-scale SBR/AGS system for bio-P; and determine the feasibility of modeling this process using the BioWin software. The second part consisted of a detailed analysis of the CTBM database, which revealed the enormous variability in CTBM's current influent characteristics, not only within a year, but also from year to year. The representative concentrations of the CTBM-Iberville influent and the COD, nitrogen and phosphorus fractions were determined. At the same time, an analysis of the existing and future treatment processes was carried out in order to understand their operation and control. The “RBS 32” (370 m3) basin, already part of the current treatment process, was identified as the ideal location to carry out the AGS process.


identifier: Langlois, J.-G. (2021). Infrastructure de test pour la cybersécurité des systèmes maritimes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La montée de l'utilisation de systèmes informatiques sur les navires vient avec son lot de vulnérabilités, et ainsi de menaces. Effectivement, de multiples systèmes maritimes comportent des failles sécuritaires permettant à des attaquants potentiels de les exploiter, comme le montrent plusieurs études de risques et cyberattaques sur des systèmes maritimes. Ces vulnérabilités peuvent avoir des impacts majeurs sur les systèmes maritimes, tels que des dommages physiques à un navire, ou encore des pertes humaines parmi l'équipage du navire. Par rapport à cette problématique, nous émettons trois constats. Tout d'abord, des attaques de multiples sortes sont possibles sur une grande quantité de systèmes maritimes. Ensuite, l'unicité de chaque navire fait en sorte que tous les navires ne partagent pas les mêmes systèmes ni architectures. Finalement, le facteur humain joue un grand rôle dans la sécurité des systèmes maritimes. À la lumière de ces observations, nous constatons que les solutions proposées dans la littérature scientifique ne permettent pas de résoudre la problématique de façon appropriée. Effectivement, les solutions trop spécifiques ne considèrent pas l'étendue des types de vulnérabilités, et les solutions générales n'entrent pas assez en profondeur. Conséquemment, nous postulons qu'une solution considérant la complexité de la problématique est la mise en place d'une infrastructure de test simulant divers systèmes maritimes. En effet, les infrastructures de test appliquées à des domaines particuliers ont permis des avancées considérables dans le domaine de la cybersécurité. Pour cette infrastructure, nous avons choisi d'inclure le système Electronic Chart Display Information System (ECDIS), puis de produire un flot de données maritimes simulant les données générées par différents capteurs présents sur un navire, tel que les données de positionnement et le cap. Ensuite, nous avons modélisé et implémenté trois scénarios d'attaque pour cette infrastructure. Nous avons développé l'infrastructure de test en nous appuyant sur diverses caractéristiques corrélées avec la crédibilité d'une infrastructure. De plus, son évolutivité et sa flexibilité permettront à notre infrastructure d'être utilisée et modifiée à des fins de recherche. Ensuite, les cyberattaques que nous avons développées nous ont permis d'évaluer les compétences nécessaires à un attaquant pour arriver à exploiter des vulnérabilités informatiques à bord d'un navire. Cette infrastructure est un projet à développer à long terme et dont les systèmes simulés seront amenés à évoluer au fil du temps selon les besoins et les menaces. Pour les travaux futurs, nous croyons que l'inclusion de simulations semi-physiques, telles qu'un pilote automatique, augmenterait la fiabilité, et donc la crédibilité de notre infrastructure de test.  ABSTRACT: The rise in the use of computer systems on ships comes with its share of vulnerabilities, and therefore with threats. Indeed, multiple maritime systems contain security vulnerabilities allowing potential attackers to exploit them, as shown by several studies of risk analysis and by cyberattacks on maritime systems. These vulnerabilities could have major impacts on maritime systems, such as physical damage to a ship, or even loss of life among the ship's crew. With regard to this problem, we make three observations. Firstly, attacks of multiple kinds are possible on a large number of maritime systems. Secondly, the uniqueness of each ship implies that all ships do not share the same systems or architectures. Finally, the human factor plays a big role in the security of maritime systems. Looking at these observations, we note that the solutions proposed in the scientific literature do not make it possible to address the problem in an appropriate manner. Indeed, solutions that are too specific do not consider the big picture, and general solutions usually do not go into enough depth. Consequently, we postulate that a solution that is addressing the complexity of the problem is the implementation of a test infrastructure simulating various maritime systems. Indeed, test infrastructures applied to certain fields have enabled considerable advances, particularly in the field of cybersecurity. For this infrastructure, we have chosen to include the ECDIS, then to simulate a ship's data flow. Next, we modelled and implemented three attack scenarios for this infrastructure. We have developed this test infrastructure based on various characteristics correlated with the credibility of a test infrastructure. In addition, its scalability and flexibility will allow our infrastructure to be used and modified for research purposes. Furthermore, the cyber attacks that we developed allowed us to assess the necessary skills for an attacker to exploit a ship's vulnerabilities. This infrastructure is a project to be developed in the long term, and its simulated systems will have to evolve over time according to needs and threats. For future work, we believe that the inclusion of semi-physical simulations, such as an autopilot, would increase the reliability, and therefore the credibility of our test infrastructure.


identifier: Subramanian, A. (2021). Metal Oxides for Ion-Gated Transistors  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

title: Metal Oxides for Ion-Gated Transistors

abstract: RÉSUMÉ: Les transistors sont les éléments constitutifs fondamentaux des circuits électroniques. Le silicium est un matériau semi-conducteur largement utilisé dans la fabrication de transistors en raison de ses excellentes propriétés électriques ajustables. Malheureusement, les applications des transistors à base de silicium sont limitées en raison des difficultés d'altération des propriétés optiques et mécaniques du silicium. Récemment, les matériaux à base d'oxydes métalliques émergent comme des candidats alternatifs pour le silicium. Les performances électriques sont similaires à celles du silicium, mais les propriétés optiques et mécaniques intrinsèques des oxydes métalliques sont ajustables. De plus, les conditions de synthèse des oxydes métalliques sont réalisables à des températures plus basses en utilisant des procédés plus simples que dans la synthèse du silicium.   Après le développement de l'oxyde d'indium-gallium-zinc amorphe (a-IGZO) traité à température ambiante, l'électronique à base d'oxyde a suscité un grand intérêt. L'IGZO possède des propriétés uniques, telles qu'une mobilité élevée à l'état amorphe, une transparence optique, une stabilité dans les conditions ambiantes et un faible courant de fuite drain-source, qui confèrent à ce matériau des performances et des caractéristiques appropriées pour la commercialisation dans de nombreuses technologies d'affichage. Un inconvénient important des IGZO est l'augmentation rapide de la demande d'indium provoquant une pénurie dans la croûte terrestre, limitant l'offre de transistors à base d'IGZO. Des recherches récentes visent à résoudre le problème de la rareté de l'indium en trouvant un substitut d'oxyde métallique à l'indium abondant sur terre.   Cette thèse de doctorat est consacrée à la recherche et à la caractérisation d'alternatives possibles aux semi-conducteurs à base d'indium. Nous nous concentrons sur le TiO2 et le SnO2 en tant que candidats potentiels en raison de leur abondance, de leur transparence, de leur conductivité électrique réglable et de leur aptitude au traitement à basse température. Ces oxydes métalliques présentent des performances exceptionnelles et pourraient constituer de futures alternatives aux transistors à base d'indium.  ABSTRACT: Transistors are the fundamental building blocks of electronic circuits. Silicon is a semiconducting material widely used in the fabrication of transistors because of its excellent, tunable electrical properties. Unfortunately, the applications of silicon-based transistors are limited due to the difficulties of altering the optical and mechanical properties of silicon. Recently, metal oxide materials are emerging as alternative candidates for silicon. The electrical performance is comparable to polycrystalline silicon, but the intrinsic optical and mechanical properties of metal oxides are tunable. In addition, the synthesis conditions of metal oxides are achievable at lower temperatures using simpler processes than in silicon processing.  After the development of room temperature-processed, amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO), oxide-based electronics have attracted great interest. The IGZO possesses unique properties, such as, high mobility in an amorphous state, optical transparency, stability in ambient conditions, and low drain-source leakage current, that impart this material with suitable performance and characteristics for commercialization in many display technologies. A significant drawback of IGZO is the rapid increase in indium demand causing scarcity in the earth's crust, limiting IGZO-based transistor supply. Recent research aims to solve the problem of indium scarcity by finding a metal-oxide replacement for indium that is earth-abundant.   This PhD thesis is devoted to finding and characterizing possible alternatives to indium-based semiconductors. We focus on TiO2 and SnO2 as potential candidates due to their abundance, transparency, tunable electrical conductivity, and low temperature processability. These metal oxides show exceptional performance, and may be future alternatives for indium-based transistors.  Transistors used in wearable electronics or biomedical devices require low operating voltages. To achieve transistors with a low operating voltage, we focused on developing ion-gated transistors (IGTs). IGTs use metal oxides (TiO2 and SnO2) as a channel material and ionic liquid, ionic-gel, or aqueous electrolytes as the ion-gating medium. Due to the high capacitance of electrical double layer formed at the semiconductor/ion-gating medium interface, IGTs operates at lower voltages.


identifier: Badaoui, A. (2021). Proposition d'approche pour la détection de menace interne  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La menace interne est devenue récemment un sujet très abordé en cybersécurité suite aux différents incidents survenus dans de nombreuses entreprises. Les conséquences de cette menace pèsent aussi lourd que tout autre danger informatique. C'est pourquoi les industriels et les académiques s'y sont intéressés. Plusieurs solutions ont vu le jour sur le marché pour atténuer le risque et de multiples travaux de recherche ont été conduits pour répondre à cette problématique. Dans ce mémoire de maitrise, nous proposons une approche pour aider une grande entreprise à automatiser la détection de comportements malveillants dans un contexte de menace interne tout en réduisant le taux de faux positifs. La première étape consistait à comprendre le programme de gestion des incidents de menace interne chez l'entreprise afin d'apporter des améliorations compatibles avec l'existant. Par la suite, nous avons fait appel aux graphes de convolution - GCN - afin de proposer un modèle qui évolue sur les attributs et le contexte des utilisateurs dans le réseau. Pour inclure le contexte de travail des usagers dans le graphe qu'on passe à notre GCN, nous avons eu à explorer plusieurs modélisations possibles basées sur les relations hiérarchiques et d'affaires qui relient les employés de l'entreprise. Chaque relation choisie impliquait un graphe différent. En plus, les relations étaient équivalentes et ne démontraient pas le niveau de voisinage entre les employés dans l'entreprise. Finalement, nous avons réussi à transformer l'ensemble des relations en une seule par le biais de Node2vec, qui à partir du graphe de l'oganisation associe un vecteur à chaque noeud. Nous avons obtenu des résultats divers que nous avons comparés aux modèles supervisés d'apprentissage machine. La dernière phase de nos travaux de recherche consistait en la création d'une ontologie ou une base de connaissances suite aux défis rencontrés lors de la collection des évènements produits par un usager en particulier sur les différents systèmes déployés dans le réseau de l'entreprise. Dans l'objectif d'améliorer nos résultats, nous proposons de construire un nouveau jeu de données pour entrainer les différents modèles. Ce jeu de données se base sur l'activité des analystes lors de l'investigation d'un incident. L'activité sera extraite à travers un assistant virtuel qui permet de communiquer avec l'ontologie pour répondre aux différentes requêtes émises par les analystes.  ABSTRACT: The insider threat has recently become a very hot topic in cybersecurity following the various incidents that have occurred in many companies. The consequences of this threat are as heavy as any other computer danger. This is why industrialists and academics are interested in it. Several solutions have emerged on the market to mitigate the risk and multiple research studies have been carried out to address this problem. In this master's thesis, we propose an approach to help a large company automate the detection of malicious behavior in an insider threat context while reducing the rate of false positives. The first step was to understand the internal threat incident management program at the company in order to make improvements compatible with the existing one. Subsequently, we used convolution graphs - GCN - in order to propose a model which evolves on the attributes and the context of users in the network. To include the work context of users in the graph that we pass to our GCN, we had to explore several possible models based on the hierarchical and business relationships that link the employees of the company. Each relation chosen involved a different graph. In addition, the relations were equivalent and did not demonstrate the level of proximity between the employees in the company. Finally, we succeeded in transforming the set of relations into a single one by means of Node2vec, which from the graph of the ogranization associates a vector with each node. We obtained various results which we compared to supervised machine learning models. The last phase of our research consisted in the creation of an ontology or a knowledge base following the challenges encountered during the collection of events produced by a user in particular on the different systems deployed in the company's network. In order to improve our results, we propose to build a new dataset to train the different models. This dataset is based on the activity of analysts during the investigation of an incident. The activity will be extracted through a virtual assistant which makes it possible to communicate with the ontology to respond to the various requests made by the analysts.


identifier: Beaudoin, A. (2021). Développement d'une méthode d'analyse inverse pour déterminer le comportement en traction d'un BFUP à l'aide de son comportement en flexion  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les normes canadiennes CSA A23.01 [1] et CSA S6 [2] proposent depuis 2019 des directives sur l'utilisation des BFUP. Ces deux normes proposent de déterminer le comportement en traction directe des BFUP à partir du comportement en flexion du matériau, c'est-à-dire par analyse inverse. Les méthodes proposées par les normes canadiennes sont la méthode SIA (CSA A23.01) et la méthode Lopez 5 points (CSA S6). Le présent projet de recherche permet de conclure que la méthode d'analyse inverse SIA est plus performante que la méthode Lopez 5 points pour différentes géométries en flexion sur un BFUP avec 3% de fibres. La performance de la méthode SIA n'est malgré tout pas optimale pour les géométries d'essais considérées dans le présent projet de recherche, soit un os de section réduite de 100 mm x 50 mm en traction et une dallette de section 100 mm x 50 mm en flexion. Deux adaptations de cette méthode, nommées Adaptations 1 et 2, ont donc été développées pour améliorer la performance de celle-ci pour ces géométries.  ABSTRACT: Canadian standards CSA A23.01 [1] and CSA S6 [2] have been offering guidance on the use of UHPFRC since 2019. These two standards propose to determine the direct tensile behaviour of UHPFRC from the bending behaviour of the material, i.e. by inverse analysis. The methods proposed by the Canadian standards are the SIA method (CSA A23.01) and the Lopez 5-point method (CSA S6). The present research project leads to the conclusion that the SIA inverse analysis method is more efficient than the Lopez 5-point method for different geometries in flexion on a UHPFRC with 3% fibers. The performance of the SIA method is not optimal for the test geometries considered in this research project. These geometries are 100 mm x 50 mm reduced section dog-bone in tension and a 100 mm x 50 mm section prism in flexion. Two adaptations of this method (Adaptations 1 and 2) have therefore been developed to improve its performance for these geometries. Adaptation 1 increases the ultimate stress fUtu and decreases the strain εUtu. The height in tension at the peak of bending resistance is equal to 80% of the total specimen depth (0.80 hm) for a 100x50 prism unlike the tensioned height of 82% hm proposed by the SIA. This change in tensioned height slightly increases the fUtu stress. The strain εUtu is reduced by the application of a reducing factor C equal to 0.67. Both changes improve the performance of inverse analysis. However, the performance of Adaptation 1 is not very good for stiff specimens (low L/h slenderness) and UHPFRC with little hardening.


identifier: Barzegar Bafrouei, B. (2021). Assessing the Energy Flexibility Potential of Residential Photovoltaic Panel with Battery Systems in Cold Climate  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le secteur résidentiel représente une partie importante de la consommation énergétique et des émissions de gaz à effet de serre (GES) dans le monde, et il est la cible de nombreux programmes visant à réduire ces émissions. Les systèmes photovoltaïques (PV) résidentiels sont ainsi devenus financièrement intéressants pour les propriétaires dans de nombreuses régions du monde, y compris dans certaines provinces canadiennes, en raison de programmes incitatifs généreux et de la baisse du prix des modules PV. Cependant, la pénétration croissante des systèmes PV pose des problèmes aux gestionnaires des réseaux électriques, ce qui a conduit les distributeurs d'électricité à sévèrement réduire ou supprimer les programmes incitatifs. Dans le même temps, l'attention s'est portée non plus sur l'objectif de générer une quantité maximale d'énergie, mais sur l'objectif de répondre aux besoins en puissance du réseau, c'est-à-dire d'offrir à celui-ci une flexibilité énergétique. L'addition de stockage électrique aux systèmes PV résidentiels permet de délivrer cette flexibilité. Cette thèse étudie les systèmes résidentiels PV+Batterie dans le contexte canadien par des études en modélisation utilisant le logiciel TRNSYS, un outil de simulation des systèmes énergétiques basés sur une approche par composants. D'abord, une librairie de modèles est développée dans TRNSYS, afin d'améliorer la représentation des différentes technologies de batteries, la prise en compte de la dégradation des performances, et les effets de la température sur les performances. Les modèles développés sont comparés à des résultats expérimentaux pour confirmer leur validité. Ensuite, un modèle archétypal est développé, comprenant une résidence typique canadienne avec un système de chauffage, ventilation et conditionnement d'air et un système d'eau chaude tout-électrique, et un système PV+Batterie. Le modèle utilise des profils de consommation mesurés pour les besoins reliés aux occupants (eau chaude, appareils électriques, éclairage). Le modèle développé est utilisé pour évaluer la flexibilité offerte par les systèmes PV+Batterie en utilisant des indices de performance (key performance indices, KPI) annuels tels que l'autoconsommation. Des indices dynamiques sont ensuite utilisés pour caractériser la flexibilité offerte par différentes stratégies de contrôle. Une analyse économique est réalisée en utilisant deux structures tarifaires typiques au Canada : un tarif basé sur le moment de l'utilisation (en utilisant l'Ontario comme exemple) et un tarif constant avec des crédits ou pénalités pendant des évènements de gestion de la demande de pointe (en utilisant les tarifs volontaires récemment introduits au Québec comme exemples). Une analyse de la valeur nette actualisée est réalisée, et le coût d'investissement pour disposer d'une puissance pendant les évènements de gestion de la demande est comparé à des alternatives. Les résultats montrent que, même si les systèmes PV+Batterie ne sont pas rentables dans les conditions actuelles du marché sans avoir recours à des incitatifs généreux ou sans compter sur une baisse significative du coût des batteries, ils représentent un atout intéressant pour les distributeurs d'électricité dans leur adaptation aux futurs réseaux décarbonisés qui auront à gérer un parc de bâtiments ayant électrifié les besoins en chauffage et en eau chaude.  ABSTRACT: The residential sector represents a significant share of worldwide energy consumption and greenhouse gases emissions; it is targeted by numerous programs aiming at reducing these emissions. Generous incentive programs and a notable price drop have made residential photovoltaic (PV) systems financially interesting for homeowners in many regions of the world, including some provinces in Canada. However, the increasing penetration rate of PV generation poses significant challenges to the grid, and as utilities were reducing or canceling the generous feed-in tariffs, the focus of distributed generation systems has changed from generating more energy to responding better to power needs, i.e. providing energy flexibility to the grid. Adding electrical storage in the form of batteries to a residential PV system allows to deliver this flexibility. This thesis assesses PV+Battery systems in the residential context in Canada through modelling studies performed in TRNSYS, a component-based energy simulation tool. First, a library of battery models is developed and integrated in the software tool to improve the modelling capabilities regarding the accurate representation of battery technologies, capacity degradation, and temperature effects. The library models are compared to experimental data to confirm their validity. Then, an archetypal model is developed including a validated model of a typical Canadian single-family home, an all-electric heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) system, and PV+Battery system components. The model uses selected measured profiles for occupant-driven loads such as domestic hot water and appliances. The developed model is used to assess the flexibility offered by residential PV+Battery systems using yearly Key Performance Indices (KPIs) such as self-consumption to assess system sizing. Dynamic KPIs are then used to assess the flexibility offered by different designs and control strategies. An economic analysis is performed using two typical rate structures for Canada: a time-of-use rate structure (using Ontario as an example), and a flat-rate structure with flexibility incentives or price signals (using the recently introduced voluntary program in Québec as an example). A net present value analysis is performed, and the cost of flexible power generation offered by PV+Battery systems is compared to alternatives. The results show that, although they are not profitable without feed-in tariffs or further decreases of battery prices, PV+Battery systems can represent significant assets for utilities in their adaptation to a decarbonized building sector relying on the electrification of heating and hot water production.


identifier: Nahon, R. (2021). Développement d'un module d'association de tracklets pour améliorer des traqueurs dans le suivi de piétons dans un milieu urbain  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, plusieurs architectures réseau innovantes, telles que les réseaux définis en logiciel (SDN) et la virtualisation des fonctions de réseau (NFV), ont été proposées, afin de répondre aux besoins des applications modernes, en bande passante et flexibilité. L'objectif de ces architectures est d'augmenter la programmabilité des réseaux, afin de faciliter leur gestion, et rendre plus flexible le déploiement des nouveaux services. En effet, le SDN repose sur la centralisation de l'intelligence du réseau dans une entité appelée Contrôleur SDN, et la suppression des fonctions de contrôle dans les équipements de transfert de données. D'un autre côté, la NFV se base sur l'exploitation des fonctions réseau (p. ex., routage, filtrage, équilibrage de charge) sous la forme d'applications qui s'exécutent dans des machines virtuelles, au lieu d'utiliser du matériel spécifique, cher et peu flexible. Dans ces architectures, le logiciel devient de plus en plus important, en prenant en charge des fonctions qui étaient auparavant remplies par du matériel dédié. Toutefois, cette "softwarisation" favorise davantage l'occurrence des bogues de performance dans les réseaux, et complique énormément le diagnostic de leurs causes profondes. Le travail de recherche que nous présentons dans cette thèse porte sur l'analyse de performance des solutions logicielles utilisées dans la mise en oeuvre des infrastructures SDN et NFV. En effet, nous proposons une approche d'analyse qui se base sur le traçage dans la collecte des données de performance requises pour les analyses. Pour appliquer cette approche, nous avons instrumenté le code source de plusieurs logiciels, comme DPDK, Open vSwitch, et KVMGT. Les points de trace insérés permettent de mettre en lumière le fonctionnement du logiciel observé, et de décrire en détails les interactions entre ses différents mécanismes. Pour capturer les données exportées par ces points de trace, nous avons utilisé un outil qui s'appelle Linux Trace Toolkit Next Generation (LTTng). Ce traceur est particulièrement connu pour son faible surcoût et sa capacité à tracer le noyau Linux, ainsi que les applications qui s'exécutent dans l'espace utilisateur. Afin de minimiser l'impact du traçage sur les performances du logiciel observé, nous avons fait des compromis entre le niveau de détails des données à exporter et le surcoût que nous estimons que l'utilisateur peut tolérer. Notre évaluation des surcoûts induits par la phase de collecte des données montre que l'impact du traceur sur le temps d'exécution du programme surveillé est très faible (<2%). Toutefois, le surcoût en termes d'espace de stockage est assez élevé. Pour atténuer ce surcoût, nous avons proposé une méthode qui permet de réduire la taille des traces générées.  ABSTRACT: In recent years, several innovative network architectures, such as Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV), have been proposed to meet the needs of modern applications for more bandwidth and flexibility. These architectures aim to make networks more programmable, in order to facilitate their management and to increase the flexibility of new services deployment. Hence, the SDN is based on moving the network intelligence from packet forwarding equipment to a central entity called SDN Controller. On the other hand, NFV is based on the use of applications running in virtual machines to execute network functions (e.g., routing, filtering, load balancing), instead of using expensive dedicated hardware. In these architectures, the software is becoming increasingly important, because it implements functions that were previously performed by hardware. Nevertheless, this "softwarization" causes the performance bugs in the network to become more frequent, and complicates the task of finding and analyzing their root causes. The focus of the research work presented in this thesis is on the performance analysis of software used in SDN and NFV infrastructures. Hence, we propose an analysis approach that uses tracing to collect performance data from various sources, such as the kernel and userspace applications. To implement this approach, we instrumented the source code of several network applications, such as Open vSwitch, DPDK, and KVMGT. The inserted tracepoints enable shedding light on the operations of the observed software, and describing the interactions between its different mechanisms. To capture the data exported by these tracepoints, we used a tool called Linux Trace Toolkit Next Generation (LTTng). This tool is particularly known for its low overhead and its ability to trace the Linux kernel and userspace applications. To minimize the impact of tracing on the performance of the observed software, we make a trade-off between the granularity of the tracing data and the overhead we believe the user can tolerate. The breakdown of the overhead induced by the data collection phase shows that the impact of the tracer on the execution time of the monitored application is minimal (<2%). However, the tracing overhead in terms of storage space is significant. We proposed, therefore, an efficient technique to reduce the size of generated traces. This technique consists of configuring the tracer to start, in the same time, two tracing sessions. The first session collects tracing data from a limited number of tracepoints. We analyze the data collected from this session to detect potential performance anomalies using online analyses.


identifier: Laflamme, G. (2021). Étude en photoluminescence du phosphore noir bidimensionnel  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les matériaux bidimensionnels ont eu un gain en popularité lorsque les propriétés exceptionnelles du graphène ont été démontrées en 2004. Depuis cette découverte, les matériaux 2D ont eu un essor fulgurent en science des matériaux. Par définition, ces matériaux consistent en un assemblage d'atome sur un plan. L'épaisseur est alors seulement d'une couche d'atomes. Les propriétés causées par cette dimensionnalité réduite peuvent toutefois être observées jusqu'à plusieurs couches. Parmi la panoplie de possibilité, un matériau récent attire l'attention : le phosphore noir (BP). Le phosphore monoatomique a plusieurs formes, l'allotrope noir étant le plus stable d'entre tous. C'est un cristal de Van Der Waals tout comme le graphite, donc les méthodes de fabrication sont très similaires. Par rapport aux autres matériaux du même genre, le phosphore noir est souvent comparé aux dichalcogénure de métaux de transitions (TMDC) et au graphène. Dans cette optique, il se différencie par sa forte anisotropie et sa bande interdite. Son anisotropie offre une masse effective et une mobilité dépendante de la direction cristalline. Comme tous les matériaux 2D, le phosphore noir voit ses propriétés électriques et optiques changer selon le nombre de couche. Sa bande interdite varie entre celle du graphène et des TMDC offrant un domaine d'applications dans l'infrarouge. En effet, sous forme massive, son gap est d'environ 0,33eV. L'étude du phosphore noir bidimensionnel n'a débuté que depuis 2014, donc la recherche est encore très active. Ce mémoire vise à étudier les propriétés du phosphore noir massif en vue de son application dans des dispositifs infrarouges. En effet, sa bande interdite directe pourrait offrir de bonnes performances dans un domaine spectral ayant peu de candidats. L'objectif est de déterminer les mécanismes non radiatifs limitant son efficacité. La méthodologie consiste à prendre des mesures en photoluminescence à plus hautes densité de porteur. Dans le cas de diode électroluminescente (DEL), la recombinaison Auger est le mécanisme limitant et particulièrement pour petit gap comme le BP. C'est l'hypothèse de départ. La fabrication des échantillons est faite par exfoliation mécanique. Il s'agit d'utiliser du ruban adhésif pour amincir et transférer le BP sur un substrat. Les mesures d'intensité de PL en fonction de la température ont révélé l'activation thermique d'un mécanisme non radiatif à une énergie de 49meV. Les mesures de spectres contenant une queue Urbach porte à croire qu'il y a présence de défauts dans le matériau. Des séries de puissance permettent l'observation de la diminution d'efficacité à haute densité de porteur à température ambiante, mais moins à une température inférieure.  ABSTRACT: In 2004, a new interest in bidimensional material came to be. Three articles were published in the span of a month about the newly discovered exceptional properties of graphene. Since then, a lot of research has been focused on developing new devices using these 2D materials. They are defined as a single layer of atoms which is called a monolayer. The reduced dimensionality greatly modifies the electrical and optical properties of the material even for a few-layer crystal. Here, only one material is of interest: black phosphorus (BP). Phosphorus can adopt different structures depending on its fabrication process. BP is the most stable allotrope of all, even considering its high sensitivity to oxygen and water. The synthesis of a 2D flake is practically identical to that of graphene with graphite. They are both Van Der Waals solids. For that reason, BP is usually compared to graphene and transition metal dichalcogenide (TMDC) as well. What makes it special is its high anisotropy and its varying bandgap. Depending on the crystal direction, the effective mass of charge carriers and their mobility changes. One consequence would be linear dichroism which has already been measured. The highest hole mobility was measured up to 103 cm2V-1s-1 for a monolayer in the ZZ direction. For the bandgap, BP has the largest tunability with a value of ~2eV for a monolayer and ~0.33eV for bulk. Its intrinsic properties combined with external sensitivity give rise to interesting research. Black phosphorus has only been studied in its 2D form since 2014 and the research is still very active. The interest of this work is to study the properties of BP in its bulk form for infrared applications. With its direct bandgap, BP is a good candidate for a region of the spectrum that is in a dire need of better performing devices. The methodology consists of doing photoluminescent measurements in hope to better understand the mechanism of radiative and non-radiative pathways in this material. For a standard light-emitting diode (LED), Auger recombination is the limiting factor especially for smaller bandgaps. Here, it will serve as a starting hypothesis. All the samples, BP flakes, are exfoliated using micromechanical cleavage. This simple method thins the BP flakes using scotch-tape and they are transferred on the substrate afterwards. Temperature dependent measurements revealed the thermal activation of a non-radiative process at 49meV. A full spectrum containing an Urbach tail confirmed that it might be caused by defects in the material. Power measurements showed a lower PL efficiency at higher power at ambient temperature but not at a lower one.


identifier: Hoque, M. U. (2021). Design and Analysis of a 35 GHz Rectenna System for Wireless Power Transfer to an Unmanned Aerial Vehicle  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cet article, la conception et l'optimisation d'une antenne (émetteur) et d'un système rectenna (récepteur) sont présentées pour traiter le transfert de puissance micro-ondes sans fil pour alimenter un véhicule aérien sans pilote en mouvement de 22 kW. La fréquence d'émission de la puissance micro-ondes de 35 GHz est sélectionnée afin d'obtenir une architecture de système compacte à faible coût. Pour ce faire, tout d'abord, la taille de l'antenne d'émission et de réception a été calculée en utilisant l'équation de transmission de puissance Friis pour une distance de 10 km. La distance de transmission de puissance peut être modifiée en fonction de la demande. Par conséquent, un réseau d'antennes patch micro-ruban rectangulaires de 4x2 à haut gain et haute efficacité a été conçu et simulé à l'aide de l'outil de conception électromagnétique CST. Et puis, un simple système de redressement (rectenna) a été conçu et optimisé par le logiciel Advanced Design System (ADS). Une diode GaAs Schottky MA4E1317 est choisie pour le système de redressement. La fréquence de résonance du réseau d'antenne patch et de la rectenna est de 35 GHz. Le gain et l'efficacité des antennes patch micro-ruban 4x2 proposées sont respectivement de 13,4 dBi et 85%. De plus, l'efficacité de conversion RF en DC de la tension de sortie rectenna proposée atteint respectivement 80% et 3,5 V pour une puissance d'entrée de 10 dBm contre une charge résistive de 1500 Ω. Le système d'antenne et de rectenna proposé démontre les possibilités detransfert de puissance micro-ondes sans fil sur une longue distance avec efficacité et ce pour des diamètres d'antenne respectables.  ABSTRACT: In this article, the design and optimization of an antenna (transmitter) and a rectenna (receiver) system is presented to process the wireless microwave power transfer to feed a 22-kW moving unmanned air vehicle. The microwave power transmitting frequency of 35 GHz is selected in order to obtain a low-cost compact system architecture. To do so, first, the size of the transmitting and receiving antenna has been calculated using Friis' power transmission equation for a distance of 10 km. The power transmitting distance can be varied according to the demand. Therefore, an array of high gain and high efficiency of 4x2 rectangular microstrip patch antenna has been designed and simulated with the electromagnetic design tool CST. Then a rectifying system (rectenna) is designed and optimized by the advanced design system (ADS) software.  A GaAs Schottky diode MA4E1317 is selected for the rectifying system. The resonating frequency for the patch antenna array and rectenna is 35 GHz. The gain and efficiency of the proposed 4x2 microstrip patch antennas achieved 13.4 dBi and 85% respectively. Moreover, RF to DC conversion efficiency of the proposed rectenna and DC output voltage reaches 80% and 3.5V respectively for a 10 dBm input power against a 1500 Ω resistive load. The proposed 35 GHz antenna and rectenna system have a high potential for wireless microwave power transfer on a long-distance with higher efficiency.


identifier: Amiour, Y. (2021). The relationship between built environment characteristics and parents' perceptions of children's traffic safety for active travel  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Introduction: Les déplacements actifs et indépendants présentent de nombreux avantages pour la santé et le bien-être des enfants. Cependant, la sécurité est une condition préalable aux déplacements actifs (scolaires) des enfants. L'environnement bâti affecte à la fois la sécurité routière objective (collisions impliquant des enfants) et la sécurité routière subjective/ perçue (la perception de la sécurité routière par les parents). Cependant, la relation entre l'environnement bâti et la sécurité routière objective et subjective/perçue n'a pas été bien clarifiée. Il est important de déterminer quelles caractéristiques de l'environnement bâti peuvent influencer la sécurité routière objective et la perception de la sécurité routière des parents pour augmenter les déplacements actifs des enfants. Cette étude examine d'abord la relation entre la sécurité routière objective et subjective/ perçue, puis l'influence des caractéristiques de l'environnement bâti sur la perception de la sécurité routière des parents pour les déplacements actifs des enfants vers l'écoles. Méthodes: Cette étude est basée principalement sur deux méthodes pour éteindre les objectifs tracés. D'abord, la littérature relative à l'influence de l'environnement bâti, le trafic sur la sécurité routière objective et perçue/subjective a été systématiquement examinée. Ensuite, une étude a été menée auprès de 546 participants à la ville d'Arnhem, aux Pays-Bas, pour examiner la relation entre les caractéristiques de l'environnement bâti et la perception parentale de la sécurité routière pour les déplacements des enfants vers l'écoles.  ABSTRACT: Introduction: Active and independent travel has numerous benefits for children's health and wellbeing. However, safety is a prerequisite for children's active (school) travel. The built environment affects both objective traffic safety and parents' perception of safety. However, the relationship between the built environment and both objective and subjective/perceived traffic safety has not been well clarified. It is important to determine which built environment characteristics can influence the objective traffic safety and the parents' perceptions of children's traffic safety to go to school. This study examines first the link between objective and perceived traffic safety, and then the influence of built environment characteristics on the parental safety perception for children travel to school. Methods: This research is based on two key methods. First, literature related to the built environment, traffic, and objective and perceived/subjective traffic safety was systematically reviewed. Then, a study was conducted with 546 participants in and around Arnhem, the Netherlands to examine the relationship between built environment characteristics and parents' perceptions of children's traffic safety on the trip to school.


identifier: Parent-Lachance, C. (2021). Analyses numériques du comportement des parcs à résidus miniers susceptibles au phénomène de liquéfaction statique  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des parcs à résidus miniers est un enjeu d'actualité qui a été mis à l'avant-plan par de récentes ruptures catastrophiques lourdes de conséquences. La liquéfaction statique des résidus miniers est associée à plusieurs de ces ruptures d'où l'importance de développer des outils permettant de mieux comprendre et d'analyser la stabilité des parcs à résidus miniers susceptibles à ce phénomène. Le but principal visé par ce projet de recherche est d'approfondir les connaissances en ce qui a trait à la stabilité des parcs à résidus miniers et au phénomène de liquéfaction statique à l'aide de simulation numérique. Le logiciel RS2 de RocScience utilisant la méthode par éléments finis a été utilisé lors des simulations numériques en raison de son interface facile d'utilisation et ces nombreuses lois de comportement disponibles. La loi de comportement NorSand a été utilisée pour les résidus miniers afin de simuler la perte de résistance associée à la liquéfaction statique. Deux modèles ont été utilisés pour simuler si divers mécanismes de déclenchement de la liquéfaction étaient susceptibles de se produire et sous quelles conditions ils se développent. Le premier représente une géométrie générale d'un parc à résidus miniers construit selon la méthode en amont. Pour ce modèle, l'influence du paramètre d'état (ψ), de la hauteur de la nappe phréatique et du coefficient des terres au repos (K0) ont été étudiées. De plus, la stabilité statique de l'ouvrage a été évaluée à l'aide de méthodes par équilibre limite.  ABSTRACT: The management of tailings facilities is a topical issue brought forward by recent catastrophic ruptures with serious consequences. Static liquefaction of tailings is associated with several of these ruptures, hence the importance of developing tools to better understand and analyze the stability of tailings facilities susceptible to this phenomenon. The main goal of this research project is to deepen knowledge about the stability of tailings facilities and the phenomenon of static liquefaction using numerical simulation. RocScience's RS2 software using the finite element method was used for the numerical simulations because of its easy to use interface and many available constitutive laws. The NorSand constitutive law was used for the sand tailings to simulate the loss of resistance associated with static liquefaction. Two models were used to simulate whether various liquefaction initiation mechanisms are likely to occur and under what conditions they develop. The first represents a general geometry of a tailings dam built using the upstream method. For this model, the influence of the state parameter (ψ), the height of the water table and the at rest earth pressure coefficient (K0) were studied. In addition, the static stability of the structure was analyzed using limit equilibrium methods. The second model represents the section of the Fundão tailings facility in Brazil that ruptured in 2015. The influence of the initial state of the soil on the initiation of liquefaction was studied. The lateral extrusion failure mechanism within the fine tailings was also compared with the simulation results from the expert panel report on the causes of the failure.