identifier: Tcheumtchoua Sakou, Rodrick  (2019). Commande des systèmes de production non fiables avec contrôle de la qualité.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système de production
commande optimale stochastique
contrôle qualité
simulation
plan d’expérience
méthodologie de surface de réponse

abstract:
Le présent mémoire traite d’un problème de commande optimale stochastique d’un système de production non fiable avec contrôle de la qualité des produits. Le système est constitué d’une seule machine produisant un seul type de produit (M1P1) sujet à des pannes et réparations aléatoires et doit satisfaire une demande client à taux constant. La machine produit avec un taux de produits non conformes, afin de réduire la quantité de mauvaises pièces qui se rendraient chez le client, une inspection des produits est faite. Elle se fait en continu et consiste à contrôler une partie ou fraction de la production. Les bons produits sont remis sur la ligne de production, tandis que les mauvais produits sont mis au rebut.

L’objectif de ce travail est de proposer une politique optimale de production qui permettra de minimiser le coût total constitué du coût de mise en inventaire, du coût de pénurie, du coût d’inspection, du coût de rebus et du coût des pièces non conformes retournées par le client. Les variables de décision sont le taux de production du système ainsi que la fraction de la production à contrôler. La variable d’état est le niveau d’inventaire des produits finis.

Nous avons élaboré un modèle de commande optimale stochastique du problème posé en utilisant les chaînes de Markov homogènes pour décrire le système (dynamique de la machine). En appliquant la théorie de la commande basée sur la programmation dynamique, nous avons développé des conditions d’optimum qui était de type Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB). Par une approche de résolution numérique de ces équations (Kushner et Dupuis, 1992), nous avons obtenu une politique optimale à seuil critique. Une approche par simulation combinée aux plans d’expériences et la méthodologie de surface de réponse nous a permis d’obtenir les valeurs optimales des paramètres de la politique qui minimise le coût total de production.

À partir du modèle de simulation, nous avons traité plusieurs scénarios afin d’apporter de la variabilité à notre système. Tout d’abord, nous avons introduit une contrainte sur qualité moyenne après contrôle (AOQ) afin de pouvoir contrôler la quantité de produits non conformes qui se retrouverait chez le client. Cela a permis d’établir une équation qui permet de determiner la fraction à contrôler en fonction du niveau de qualité souhaité. Ensuite, nous avons considéré une probabilité d’erreur lors du contrôle de la qualité des produits, permettant ainsi de déterminer dans ce cas-là, les paramètres de la politique de production en fonction de la probabilité. Enfin, nous avons traité le cas d’un système de production où le taux de rejet varie avec l’âge de la machine. Une approche de résolution numérique de ce système nous a permis d’obtenir une politique de production optimale à seuil critique et une politique de maintenance préventive. Une approche par simulation combinée aux plans d’expériences et la méthodologie de surface de réponse a permis d’obtenir les seuils critiques et les fractions à contrôler pour chaque période où le taux de rejet reste constant. Nous avons montré pour tous les cas traits que la politique de production dépend du niveau d’inventaire, une analyse de sensibilité a permis de valider ces résultats.


identifier: Robitaille, Patrice  (2018). Reconnaissance des changements comportementaux des utilisateurs de réalité virtuelle à l'aide de capteurs de mouvements et de capteurs physiologiques.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

format: application/pdf application/pdf

subject:
analyse des mouvements du corps
apprentissage machine
caractéristiques de mouvements
comportement utilisateur
environnement immersif
réalité virtuelle

abstract: Les applications de réalité virtuelle offrent une grande variété d'expériences, suscitant une gamme de réponses émotionnelles. Certains changements dans les émotions de l'utilisateur pourraient être détectables en analysant simplement les mouvements de la tête et des mains, en utilisant les informations déjà disponibles avec les systèmes de réalité virtuelle standards. Une telle détection pourrait éventuellement permettre d'adapter et de personnaliser les experiences des utilisateurs. Cependant, il y a peu de travaux traitant de la détection d’états émotionnels en utilisant un système de réalité virtuelle ni de travaux détaillant la quantité d’information qu’il est possible d’extraire à partir des mouvements de la tête et des mains comparativement à d’autres systèmes de détection. Ce projet combine une plateforme de réalité virtuelle immersive avec des capteurs physiologiques mesurant l’activité cardiaque et l’activité électrodermale et étudie la possibilité d’utiliser les données de mouvements (tête, mains, bassin, pieds) avec et sans les données physiologiques, afin de classer différents comportements avec des algorithmes d’apprentissage machine. Deux expériences ont été réalisées dans ce projet. Dans la première, les participants ont réalisé 4 séances de réalité virtuelle associées à quatre conditions : (1) une condition de base avec une tâche d’observation où il est demandé de compter des éléments dans un environnement virtuel calme, (2) un jeu impliquant une activité motrice afin de déplacer des objets dans un environnement virtuel calme, (3) le même jeu, mais avec une limite de temps et différents stresseurs pour induire un comportement rapide et stressé, (4) le même jeu, mais après que les participants se soient familiarisés avec la tâche, toujours avec une limite de temps, mais sans stresseurs, pour induire un comportement rapide, mais confortable. Dans la deuxième expérience, les utilisateurs ont réalisé 4 autres séances de réalité virtuelle nécessitant de frapper des cibles mobiles. Une des quatre séances (dans un ordre balancé) correspond à une condition stressante (S), alors que les autres séances correspondent à une situation calme (C). Pour chaque expérience, dix algorithmes d’apprentissage machines ont été entrainés sur les données collectées et ont classes les différents comportements. Les résultats démontrent que seulement quelques secondes de données capturées sont suffisantes pour distinguer les conditions, avec plus de 74% de précision en utilisant l’ensemble des données des capteurs, et plus de 60% de précision en utilisant seulement les données provenant du mouvement du corps. Ce projet de recherché mesure ainsi l’importance des différentes caractéristiques de mouvements d’un utilisateur et quantifie la performance d’algorithmes d’apprentissage machine afin de reconnaître certains comportements lors d’une expérience de réalité virtuelle.


identifier: Elfasi, Osama  (2018). Machinability of stainless steel alloys.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: Machinability of stainless steel alloys

subject:
AISI 409 ferritique
AISI 304L austénitique
AISI 410 martensitique
usinage
fini de surface
forces de coupe
bavure
formation de copeaux

abstract:
The present work investigates dry milling of AISI 409 Ferritic, AISI 304L Austenitic and AISI 410 Martensitic Stainless Steel with focus on the influence of different parameters such as cutting speed, feed rate and depth of cut on the surface roughness, cutting forces, burr formation and chip formation. A great emphasis is put on the materials interactions with the machining process. For these machining tests, specimens were machined under different cutting parameters using the same tool in order to develop a global approach to predict the machining behaviour (surface roughness, forces, burr and chip formation).

The results showed that the surface roughness increases with the increase of the feed rate and the cutting speed. It was also found that there exist a relationship between the material hardness and surface roughness. The cutting speed was found to have a considerable and clear impact on cutting force. Differences observed in chip morphology were linked to the changes in workpiece hardness. Fewer burrs were observed on the workpiece surface at high cutting speed. It has been found that the material hardness and the cutting speed have a considerable effect on the burr generated. An increase in the cutting speed on harder materials reduces considerably burr and thus improve surface quality. An adequate choice of cutting speed and feed per tooth, allows a favourable tool operating condition with stable and moderate cutting forces in addition to reduced vibrations.

Lastly, correlations were established between surface roughness, cutting forces and chip formation. Based on a statistical analysis that takes into account the cutting forces, the workpiece hardness and microstructures, a recommendation on the optimal cutting parameters that favours the machinability of the tested stainless-steel alloys was made.


identifier: Cantin, Sébastien  (2018). Simulation numérique de la formation des traînées de condensation dans le champ proche d'un turboréacteur d'avion.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
traînées de condensation
champ proche
turbulent
compressible
particules
croissance des cristaux de glace
bypass

abstract:
L’impact des traînées de condensation sur le bilan radiatif terrestre est désormais admis dans la communauté scientifique, mais difficilement quantifiable. Dans ce contexte, ce travail de recherche se propose d’étudier la formation des traînées de condensation dans le champ proche d’un turboréacteur d’avion.

La simulation numérique de la dynamique des fluides (CFD) est l’outil utilisé dans cette étude. Les équations instationnaires de Navier-Stokes moyennées de Reynolds (URANS) sont résolues pour la phase gazeuse en régime turbulent et compressible. En effet, une approche eulérienne pour la phase gazeuse composée d’air et de vapeur d’eau est en interaction avec une phase solide composée de particules passives. Le mouvement de ces particules passives représentant des particules de suies issues de la combustion du turboréacteur et des cristaux de glace reposent sur une approche lagrangienne. La croissance des cristaux de glace est calculée grâce au modèle mathématique de Fukuta et Walter programmé à cet effet dans le logiciel commercial STAR-CCM+.

Les résultats portent sur l’influence du by-pass sur les propriétés aérothermodynamiques du jet propulsif et microphysiques des cristaux de glace. L’énergie cinétique turbulente est basse dès les premiers instants du jet propulsif et les cristaux de glace sont formés plus tard avec la configuration by-pass. Cependant, l’énergie cinétique turbulente s’intensifie avec la distance derrière le turboréacteur et la température diminue rapidement sur les bords du jet, là où la turbulence est maximale. Le nombre de cristaux de glace formés ainsi que la taille des cristaux de glace sont plus élevés à la fin du domaine avec le by-pass. Également, des etudes paramétriques ont été menées afin d’évaluer l’influence des paramètres de sortie du turboréacteur (nombre initial et rayon initial de particules, quantité de vapeur d’eau) et atmosphériques (température ambiante, humidité relative ambiante) sur les proprieties microphysiques des cristaux de glace. Par exemple, les résultats de l’étude paramétrique montrent que la température ambiante plus froide de 9K influe de manière importante sur le rayon moyen des cristaux de glace (+160,35 %) et sur le nombre de cristaux de glace formés (+24,54 %).


identifier: Revelant, Maxime  (2019). Étude numérique de la dispersion des émissions de moteur dans le sillage tourbillonnaire d'un avion en configuration hypersustentée.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
dynamique tourbillonnaire
instabilités
mélange
dispersion
CFD
DNS

abstract: Une augmentation importante du trafic aérien est à prévoir pour les prochaines années. La problématique de la qualité de l’air près du sol aux alentours des villes et des aéroports se pose. Le sillage tourbillonnaire d’un avion capture et transporte fortement les émissions en sortie de jet vers le sol en phase d’approche d’atterrissage. Durant cette phase, les pilotes utilisent des dispositifs d’hypersustentation tels que des volets afin d’obtenir un contrôle optimal de l’avion. La création de système multipolaire de tourbillons contrarotatifs a été observée dans le sillage d’avion en configurations d’hypersustentation. Ce système est composé d’une paire contrarotative de tourbillons (sens antihoraire l’un par rapport à l’autre) primaires issus des bouts d’ailes et d’une paire contrarotative de tourbillons secondaires de force et taille inférieures issus du bord interne des volets hypersustentateurs. La présente étude s’inscrit dans un cadre académique contribuant à une meilleure compréhension des processus de mélange et de dispersion d’un traceur passif mis en jeu dans la dynamique de sillage issue de ce type de configuration. La dynamique tourbillonnaire est modélisée par simulation numérique directe (DNS) en résolvant les équations de Navier-Stokes compressibles (N-S) dans le code de calcul FLUDILES développé au sein de l’ONERA. Les grandes échelles du sillage étudiées imposent l’utilisation de simulations temporelles. Les simulations numériques temporelles effectuées modélisent plusieurs configurations de deux paires de tourbillons contrarotatifs hors effet de sol où les tourbillons secondaires orbitent autour des tourbillons primaires dans chaque demi-plan de l’avion et s’induisent une vitesse vers le bas. Les différentes configurations ont été caractérisées selon le ratio des circulations et le ratio des distances des tourbillons secondaires et primaires (représentatifs de volets hypersustentateurs de nature diverse, placés à différents endroits sur les ailes). Les résultats numériques mettent en évidence la formation d’une instabilité d’un mode de flexion dans les tourbillons secondaires et d’une instabilité du mode elliptique dans les tourbillons principaux. Il est observé que la majorité du mélange du traceur avec le milieu extérieur s’effectue pendant la dynamique bidimensionnelle de l’écoulement (les tourbillons secondaires orbitent autour des primaires). Il est ensuite observé que l’amplification plus ou moins intense de l’instabilité du mode de flexion sur les tourbillons secondaires va modifier les processus de fin de mélange du traceur selon les configurations. Les différentes configurations étudiées ont mis en valeur deux tendances de dynamique tourbillonnaire et ainsi de dispersion des émissions. Ces tendances sont discutées vis-à-vis de la problématique de qualité de l’air aux alentours zones aéroportuaires et mettent en évidence que des stratégies sensiblement différentes de dispersion et d’homogénéisation des émissions moteurs sont possibles à l’échelle locale.


identifier: Moore, Daniel  (2019). Conception d'un dispositif de contusion antérieure de la moelle épinière d'un modèle porcin.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
dispositif
blessure médullaire
compression résiduelle
temps de compression
fracture comminutive
contusion antérieure
porcin
modèle animal
impacteur
banc d’essai

abstract:
L’utilisation de modèles animaux pour la reproduction des blessures médullaires permet de rapprocher les modèles expérimentaux des lésions médullaires observées cliniquement. Dans le cas des fractures comminutives, les lésions observées proviennent de l’éclatement du corps vertébral et de la projection de fragments osseux qui provoquent une compression antérieure de la moelle épinière. Les études expérimentales sur ce sujet parviennent à recréer la blessure issue de l’impact initial sur la moelle épinière, mais ne se penchent pas suffisamment sur les conséquences que peuvent avoir la lésion issue de la compression résiduelle.

Le présent projet de maîtrise propose le développement d’un dispositif et d’une méthodologie expérimentale pour étudier l’effet de la compression résiduelle dans la biomécanique des fractures comminutives avec lésions médullaires antérieures sur un modèle porcin. Les objectifs spécifiques de l’étude sont :
1. Concevoir, fabriquer et valider un banc d’essai expérimental motorisé en mesure de reproduire une contusion de la moelle épinière sur un modèle animal in vivo;
2. Concevoir et fabriquer un dispositif physique fonctionnel qui permet de recréer la contusion initiale sur la moelle épinière et de maintenir la compression résiduelle dans le temps;
3. Valider le dispositif en l’implantant sur la colonne vertébrale d’un modèle in vitro et en procédant à des tests expérimentaux selon différents degrés de blessure.

Un cahier des charges a dressé les bases de la conception du dispositif pour tenter de répondre à cette problématique. Plusieurs solutions ont été proposées et un barème d’évaluation a permis de les filtrer afin de cerner le concept le plus prometteur. Le concept final, composé de quatre pièces distinctes, a d’abord été évalué grâce à une analyse par éléments finis pour montrer qu’il pouvait résister à des moments d’une amplitude de ±5 N-m appliqués en flexion-extension et en inflexion latérale imitant les mouvements anatomiques d’un modèle porcin éveillé.

Avant l’évaluation expérimentale du dispositif, un banc d’essai été conçu et validé dans l’optique de reproduire des blessures médullaires sur modèles animaux in vivo. Le concept initial a été repris de la proposition d’un étudiant du Laboratoire d’imagerie et d’orthopédie, soit M. Francis Cliche, qui a entamé la conception de cette table chirurgicale dans son mémoire de maîtrise. Des améliorations majeures ont été apportées en fonction de ses recommandations et des observations faites lors de la reprise du projet. Le banc d’essai a été assemblé et testé sur un modèle porcin in vivo. La chirurgie a montré le potentiel du banc d’essai experimental et elle a validé la pertinence d’un impacteur motorisé, capable de reproduire une contusion dynamique de la moelle épinière dynamique (~750 mm/s) et de la maintenir pendant plusieurs minutes.

Ensuite, le prototype du dispositif de contusion a été soumis à des tests expérimentaux en flexion-extension et en inflexion latérale afin d’observer à la fois sa résistance mécanique et de mesurer la précision de la compression résiduelle imposée. Des complications technologiques ont forcé à mesurer cette variation de la compression de façon indirecte grâce à un capteur de distance pointé sur le fond du canal médullaire. Des tests sur 12 segments vertébraux porcins in vitro ont révélé que le fond du canal médullaire pouvait osciller de 1 à 3 mm de hauteur, suggérant qu’il serait difficile de maintenir une compression résiduelle precise pendant plusieurs heures sur un animal éveillé. Ce dispositif novateur propose une approche intéressante pour étudier expérimentalement l’effet du temps de compression sur la gravité des lésions médullaires sur un modèle animal vivant. Il permet de refermer l’animal après la contusion initiale et il est biocompatible, promettant de diminuer les risques d’infection de complications chirurgicales.


identifier: Elmajdoubi, Marwan  (2018). Study of the influence of powder and binders characteristics on rheological behavior and moldability properties of low-pressure powder injection molding stainless steel feedstocks.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
LPIM
propriétés rhéologiques
viscosité
aptitude au moulage
charge d'alimentation
charge solide

abstract: The fabrication of small as well as sophisticated and cost-effective metallic parts which are of proper geometric tolerances and dimensions is a significant goal in the present manufacturing industries. In the manufacturing industry, all these requirements can be encompassed through low-pressure powder injection molding LPIM. In this study, the rheological behavior of feedstocks using water-atomized stainless steel 17-4PH metal powder under LPIM is investigated by variations of solid loading and particle size distribution of 3 μm and 10 μm. Since LPIM’s feedstock is exposed to high stringent characteristics, the study emphasizes on powder and binder system in which stainless steel 17-4PH powder is mixed with composite binder composition, which consists of paraffin wax PW, stearic acid SA, and ethylene vinyl acetate EVA and examined by variation of solid loading concentration. In addition, the rheological properties such as the impact of thermal equilibrium, different solid loading, particle size distribution, shear rate and temperature were performed by using a rotational rheometer MCR 302. Since the geometry of the water atomized stainless steel metal powder is an irregular shape, the rheological properties can significantly influence the surface quality, resolution capabilities, and shape retention. Hence, the LPIM rheological characteristics as a function of water atomized stainless steel powder are evaluated by viscosity, moldability, and feedstock characteristics. Moreover, during the experimental investigation, different tests were repeatedly conducted with the same feedstock after a specific waiting time since results obtained were different for the same method and feedstock composition. The feedstock samples with the stainless steel powder at different solid loading of 48, 60, and 65 vol. % were investigated at shear range from 0.5 to 3500 s-1 with different binders at temperatures of 70, 80, 90, and 100°C. Results were demonstrated by evaluating the effect of shear rate on the feedstock viscosity in the graphical representation and has been seen that the viscosity of the powders decrease as the shear rate is increased in a feedstock containing PW-SA whereas it behaves unexpectedly in a feedstock containing PW-SA-EVA as the viscosity does not change with increasing temperature.


identifier: Hasrak, Amir  (2018). Development of a test bench to study self-loosening of bolted joints.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
auto-desserrage
analyse par éléments finis
pré-charges
force latérale
déplacements latérale

abstract:
Common methodologies to study self-loosening of bolted joint are analytical, finite element, and experimental. Analytical and finite element methods are used to find, evaluate, and quantify this phenomenon while the experimental method is mostly used for validation and verification purposes. Most of the previous experimental studies on self-loosening of bolted joints have been performed with a test machine known as Junker Machine which uses a conventional load cell and a rotation sensor which change the geometry of the joint and loading condition. Inserting a load cell or a rotation sensor changes the clamping length and joint stiffness, which both are important factors in joint integrity and self-loosening behavior. Their non-use of load cell can greatly simplify the study of bolted joints and the investigation of other parameters. It is important to not alter the clamping length and stiffness of the joint when they are the main subject of study. In the design of the current test rig, the geometry of the bolted joint is maintained exactly the same as in the real application and in the finite element analysis used for validation. The designed test bench provides the possibility of studying bolted joints with different thicknesses of clamping parts in combination with different preloads and lateral imposed displacements. A digital data gathering system is put in place to provide the possibility of measuring and recording of bolt axial load (preload), imposed lateral displacement and resulting force, relevant rotation of the bolt and nut, temperature, time and number of cycles.

In the first step, a clamping device was designed to accommodate the test plate clamping joints and its instrumentation. A universal joint has been attached to the lower plate to minimize undesirable bending force and moments. A finite element analysis of the new design has been carried out to ensure the integrity of the plate attachments which are the weakest point in the mechanism. The maximum capacity of all other standard mechanical parts is defined by their respective manufacturers and are compared with results from the analysis.

In the second step, the driving gears and crank system have been repaired and modified to improve their performance to adapt with the new connections. In the third step, two mounting assemblies have been designed to hold the lateral displacement sensor and the rotation sensor. Both assemblies have been designed to accommodate different test settings using simple and low cost inserts. A digital magnetic counter is added to the system to record the number of cycles. A thermocouple has also been considered to measure temperature of plates in further studies. As the last step, all sensors have been connected and synchronized to a computer via a PCB. Data gathering system is visualized and controlled by LabView software.

As the first phase of the project, a full 3D FE analysis of the joint has been performed and results have been compared to experimental test. In this step, a clamping joint consisting of two steel plates (with 10 mm thickness), two steel washers, a bolt and a nut has been evaluated. The results show that the developed machine is functional and can be used for the next step of the research.


identifier: Reátegui Rojas, Ruth Maria  (2019). Computer-based identification of relationships between medical concepts and cluster analysis in clinical notes.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
analyse par grappes
approche basée sur les réseaux
k-moyennes disperses
données cliniques
obésité

abstract:
Clinical notes contain information about medical concepts or entities (such as diseases, treatments and drugs) that provide a comprehensive and overall impression of the patient’s health. The automatic extraction of these entities is relevant for health experts and researchers as they identify associations between the latter. However, automatically extracting information from clinical notes is challenging, due to their narrative format.

This research describes a process to automatically extract and aggregate medical entities from clinical notes, as well as the process to identify clusters of patients and disease-treatment relationships. The i2b2 2008 Obesity dataset was used, and consists of 1237 discharge summaries of overweight and diabetic patients. Therefore, this thesis is focused on obesity diseases.

For the automatic extraction of medical entities, MetaMap and cTAKES were used, and the automatic extraction capacity of both tools compared. Also, UMLS enabled the aggregation of the extracted entities. Two approaches were applied for cluster analysis. Firstly, a sparse K-means algorithm was used over a patient-disease matrix with 14 comorbidities related to obesity. Secondly, to visualize and analyze other diseases present in the clinical notes, 86 diseases were used to identify clusters of patients with a network-based approach. Furthermore, bipartite graphs were used to explore disease-treatment relationships among some of the clusters obtained.

The result of the experiments we conducted show cTAKES slightly outperforming MetaMap, but this situation can change, considering other configuration options in the respective tools, including an abbreviation list. Moreover, concept aggregation (with similar and different semantic types) was shown to be a good strategy for improving medical entity extraction.

The sparse K-means enabled identification of three types of clusters (high, medium and low), based on the number of comorbidities and the percentage of patients suffering from them. These results show that diabetes, hypercholesterolemia, atherosclerotic cardiovascular diseases, congestive heart failure, obstructive sleep apnea, and depression were the most prevalent diseases.

With the network approach, it was possible to visualize and analyze patient information. In it, three sub-graphs or clusters were identified: obese patients with metabolic problems, obese patients with infection problems, and obese patients with a mechanical problem. Bipartite graphs for a disease-treatment relationship showed treatments for different types of diseases, which means that obese patients are suffering from multiple diseases.

This work shows that clinical notes are a rich source of information, and they can be used to explore, visualize, and analyze patient’s information by applying different approaches. More work is needed to explore the relationship between the different medical entities from clinical notes and from different disease datasets. Also, considering that some medical documents express events in time, this characteristic should be considered in future works to form a personalized portrait of clusters, diseases and patients.


identifier: Hamza, Taieb  (2019). Conception et analyse des méthodes d'ordonnancement dans les réseaux 6TiSCH-802.15.4e à mode TSCH pour les applications industrielles de l'Internet des Objets.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
groupe de travail 6TiSCH
IEEE 802.15.4e à mode TSCH
ordonancement
processus de Poisson
prediction

abstract:
La conception des protocoles de la couche MAC dans un RCSF est cruciale en raison des limitations en capacités de traitement et en puissance des capteurs sans fil. La dernière version de l’IEEE 802.15.4, référencée sous le nom de IEEE 802.15.4e, a été publiée par IEEE et décrit le mécanisme du saut de canal par intervalle de temps (TSCH). Par conséquent, le groupe de travail 6TiSCH a publié un algorithme distribué permettant aux noeuds voisins de s’accorder sur un modèle de communication piloté par une fonction d’ordonnancement minimale. Une slotframe contient un nombre spécifique d’intervalles de temps qui se répètent et qui sont planifiés en fonction des exigences de l’application et de la topologie de routage. Cet ordonnancement permet aux noeuds capteurs de déterminer quand transmettre ou recevoir des données. Cependant, le standard IEEE 802.15.4e à mode TSCH ne définit pas les spécificités de la planification des intervalles de temps de l’ordonnancement.

Dans ce travail, nous discutons d’abord les techniques de brouillage sophistiquées qui sont appliquées aux réseaux de capteurs sans fil au niveau de la couche MAC ainsi que les contremsures prises pour s’y défendre. Ensuite, nous proposons une fonction minimale d’ordonnancement distirbuée (EMSF) qui est basée sur la fonction d’ordonnancement minimale conforme au standard 802.15.4e à mode TSCH. Pour cette raison, nous introduisons un algorithme distribué, basé sur le processus de Poisson, qui a pour objectif la prédiction des exigences de l’ordonnancement pendant la prochaine slotframe. En conséquence, les opérations de négociation entre les paires de noeuds pour s’accorder sur un ordonnancement seront réduites. Par conséquent, EMSF réduit considérablement la surcharge des données échangée, la latence de bout en bout et la longueur de la file d’attente. Les résultats préliminaires de la simulation ont confirmé qu’EMSF surpasse l’algorithme de MSF proposé dans le standard 802.15.4e à mode TSCH.


identifier: Paradis, Pierre-Luc  (2019). Modélisation et mesures expérimentales sur un collecteur solaire hybride PV/T couplé à une pompe à chaleur au CO2.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: photovoltaïque

subject: absorbeur solaire

subject: conduction 2-D

subject: modèle électrique à cinq paramètres

subject: réservoir de stockage

subject: échangeur de chaleur à expansion directe

subject: volumes finis

abstract:
De façon générale, les recherches sur l’énergie solaire sont justifiées par les problématiques environnementales et socioéconomiques issues de la prépondérance du trio fossile dans le mix énergétique mondial. Le Québec possède toutefois des particularités qui le distinguent au niveau énergétique tel que la disponibilité d’énergie électrique non polluante d’origine hydraulique. Le présent projet porte sur une meilleure utilisation de cette électricité par le couplage d’une pompe à chaleur au CO2 avec des collecteurs solaires photovoltaïques/thermiques. En effet, les pompes à chaleur sont plus efficaces que les plinths électriques typiquement employées pour le chauffage résidentiel au Québec. De plus, le CO2 fait partie des réfrigérants naturels qui possèdent un potentiel de réchauffement climatique inférieur à celui des réfrigérants typiquement utilisés dans les pompes à chaleur. Ses avantages environnementaux le rendent donc moins vulnérable au durcissement de la réglementation.

Au cours de ce projet, un banc d’essai permettant la comparaison de trois types de collecteurs solaires a été développé. De plus, ce banc d’essai comporte une pompe à chaleur transcritique au CO2 qui utilise les collecteurs solaires comme évaporateur à expansion directe. La chaleur extraite des collecteurs solaires est rejetée dans la boucle d’eau mitigée de l’École de technologie supérieure de Montréal alors que les collecteurs solaires sont installés sur le toit.

Dans un premier temps, un modèle détaillé d’absorbeur solaire est proposé. Il tient en compte les aspects thermique, électrique et optique. Ce modèle s’accorde très bien avec les mesures expérimentales réalisées sur le banc d’essai. Il permet de modéliser de façon détaillée l’absorbeur solaire des trois collecteurs intégrés au montage expérimental. Ce modèle a été validé expérimentalement à l’aide de mesures prises durant une journée ensoleillée. Au niveau thermique, une différence inférieure à 2 [°C] est obtenue sur la mesure de température en un point de la plaque. De même, la distribution de température en 2-D a été comparée à une photo de l’absorbeur solaire prise à l’aide d’une caméra thermique. Finalement, au niveau photovoltaïque, la puissance électrique mesurée diffère des résultats numériques d’au plus 7 [%]. La différence s’explique entre autres à cause d’un problème d’ombrage causé par un autre montage expérimental installé à proximité sur la toiture.

Par la suite, un modèle semi-transitoire d’un réservoir de stockage d’eau chaude intégrant un échangeur hélicoïdal noyé est présenté. Du CO2 à l’état supercritique circule dans l’échangeur et la stratification thermique sur la hauteur du réservoir est prise en compte. Le réservoir sert de refroidisseur de gaz pour une pompe à chaleur transcritique au CO2 et les résultats de l’opération du réservoir sont présentés dans deux modes de fonctionnement différents. Ils incluent le champ de température au long de l’axe vertical du réservoir ainsi que l’évolution des différentes variables (pression, température, vitesse, etc.) au long de l’échangeur CO2 pour différents pas de temps. Le modèle de stratification thermique du réservoir a été validé à travers une comparaison avec le Type 534 du logiciel TRNSYS alors que le modèle d’écoulement de CO2 a été comparé à des résultats expérimentaux issus de la littérature.

Ensuite, le modèle d’écoulement du CO2 dans un tube est intégré au modèle d’absorbeur solaire de façon à modéliser l’ensemble des performances thermiques et électriques de l’évaporateur solaire. Des résultats numériques en régime permanent sont présentés selon quatre scenarios qui dépendent à la fois du refroidissement du module photovoltaïque et de son mode d’opération électrique. L’évaporateur solaire est alternativement connecté à une résistance électrique fixe ou à un système permettant d’extraire le maximum de puissance électrique. La distribution de température en 2-D de l’absorbeur solaire, l’évolution des variables du CO2 au long du tube (pression, température, vitesse, etc.) ainsi que le point d’opération électrique sont alors comparés pour les différents scénarios. Refroidir le collecteur solaire permet de récupérer plus de 1 [kW] thermique en réduisant du même coup la température des cellules photovoltaïques de plus de 25 [°C]. Parallèlement, la production électrique du collecteur solaire augmente et dépasse la puissance maximale obtenue dans les conditions de reference de la norme internationale IEC 60904-3. De façon plus générale, le rendement combine regroupant la production électrique et thermique du collecteur solaire a atteint 72,3 [%] dans les conditions de simulation.

Ces trois contributions innovantes et originales ont été reconnues comme telles par la communauté scientifique internationale comme le démontre la rapide publication des résultats dans des revues à haut facteur d’impact et ce avant même la soutenance de cette thèse.

En définitive, la présente thèse s’est intéressée au développement d’outils numériques pour la simulation d’un évaporateur solaire hybride photovoltaïque/thermique et d’un réservoir de stockage de la chaleur utilisé comme refroidisseur de gaz. Ces éléments sont essentiels au développement d’une pompe à chaleur au CO2 qui pourrait être utilisée comme système de chauffage résidentiel. Parallèlement, un système incluant la pompe à chaleur et les collecteurs solaires a été conçu, fabriqué, instrumenté et mis en service.


identifier: Talbot, Marie-Hélène  (2019). Développement d'une approche d'estimation de l'impact des plantes sur les charges d'un espace d'agriculture intégrée au bâtiment.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
agriculture intégrée au bâtiment
modèle de plantes
échange thermique
charges du bâtiment
TRNSYS

abstract:
L’agriculture urbaine protégée est une alternative viable à l’agriculture intensive qui permet en climat froid, de maintenir une production maraichère locale pendant toute l’année. Cela consiste entre autres à installer un système d’agriculture de haute technologie au sein d’un espace d’agriculture intégrée au bâtiment (eAIB) tel qu’un système de culture hydroponique empilée verticalement sous éclairage artificiel. Ce type de système requiert un environnement entièrement contrôlé où des conditions environnementales intérieures (température, humidité, intensité d’éclairage, concentration en CO2), qui favorisent la productivité agricole, sont maintenues par l’utilisation de systèmes de chauffage, ventilation et conditionnement d’air (CVCA) et d’autre systèmes. Afin d’être en mesure de maintenir ces conditions en tout temps, les systèmes CVCA doivent être dimensionné adéquatement selon les charges maximales. Ces charges sont calculées selon les règles de l’art et les gains internes sont définis de façon subjective par le concepteur ainsi que selon des hypothèses et simplifications. Toutefois, l’intégration du flux de chaleur sensible et latente induits par les plantes au calcul des charges est très peu détaillé et l’impact thermique sensible et latent des plantes est généralement négligé.

L’objectif principal de ce mémoire consiste à développer une approche d’estimation de l’impact des plantes sur les charges d’un eAIB. Pour ce faire, l’impact des plantes sur les charges est évalué à l’aide d’une première étude paramétrique exploratoire. Par la suite, une deuxième étude paramétrique est complétée afin d’évaluer l’impact des plantes sur les charges maximales selon les paramètres de conception.

L’approche choisie consiste à effectuer les deux études de façon subséquente à l’aide du logiciel de simulation énergétique transitoire TRNSYS 18 afin de modéliser un eAIB au sein d’un bâtiment situé en climat froid. À partir de ce modèle, les charges qui n’incluent pas l’impact des plantes, soit le cas de référence, sont évaluées. Puis, en couplant un modèle thermique de plantes (tomates ou laitues) au modèle du bâtiment, les charges qui incluent l’impact des plantes sont évaluées.

La première étude montre que l’impact des plantes sur les charges est significatif pour un cas spécifique d’eAIB. Les résultats permettent d’identifier les flux de chaleur des plantes à considérer pour estimer des charges maximales pour les conditions de conception. La deuxième étude évalue l’impact des plantes sur les charges maximales d’un cas d’eAIB general pour différents paramètres généralement spécifiés par les producteurs. Les résultats montrent que l’impact des plantes sur les charges de chauffage sensible et en refroidissement latent maximales estimées est significatif. En effet, lorsque douze étagères de laitues sous éclairage artificiel sont empilées et cultivées selon une méthode de croissance à stades diversifiés, les charges estimées sont de 3,7 à 4,1 fois plus grandes en chauffage sensible et 1,7 à 6,5 fois plus grande en refroidissement latent que les valeurs de références, dépendamment des conditions d’air intérieur (température/humidité relative de 19°C/80% vs. 24°C /70%). Selon une method de croissance à un seul stade, les charges obtenues sont de 13,7 à 15,7 fois plus grandes pour la charge de chauffage sensible et de 9,4 à 19,5 fois plus grandes pour la charge de refroidissement latent que les valeurs de référence. Finalement, des flux de chaleur sensibles et latents pour les laitues sont proposés et pourraient être utilisés lors du calcul de charge.


identifier: Pereira, Daniel  (2019). Development of a quantitative ultrasound method for the assessment of cortical bone properties using low frequencies ultrasonic guided waves.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: ostéoporose

subject: technique de transmission axiale

subject: ondes guidées ultrasonores

subject: basse fréquence

subject: os cortical

subject: os endostéale

subject: méthode des éléments finis semi-analytiques

subject: problème d’inversion

abstract: Osteoporosis is associated with a reduction of the bone mass and microarchitectural bone deterioration, leading to a reduction in bone quality and to an increase in fracture risk. The radius fracture is one of the most frequent osteoporotic fractures and can be considered an important site for the early detection of osteoporosis and to prevent future fractures, such as hip and spine fractures. In this context, the axial transmission technique using ultrasonic guided waves was developed to assess bone quality in long bones such as the radius. The method can go beyond a simple estimation of the bone mineral density typically achieved with dual-energy x-ray absorptiometry (DEXA), which is not sufficient to assess fracture risk. Ultrasonic guided waves have the potential to interrogate both the mechanical and geometrical properties of cortical bone. When operating at low frequencies, the sensitivity to variations in intracortical bone properties is improved due to the great penetration depth achieved by the ultrasonic guided wave modes. This is particularly relevant to assess early stages of osteoporosis since early osteoporosis is known to be associated with endosteal resorption. Therefore, low-frequency ultrasonic guided waves hold promises as a rapid, safe and portable screening method for assessment of early osteoporosis in a primary care level. Thus, the purpose of this project is to bring a better understanding of the physical interaction between low-frequency ultrasonic guided waves and the cortical bone structure. In order to do so, a comprehensive and computationally efficient cortical bone model was implemented using the semi-analytical finite element (SAFE) method. The method allows the simulation of ultrasonic guided waves in an irregular, multi-layer and heterogeneous bone cross-section modeled with anisotropic and viscoelastic material properties. The model was applied in the context of axial transmission to investigate the effect of intracortical bone properties on the propagation of low-frequency ultrasonic guided wave modes. The results allowed the identification of a suitable probe configuration as well as a robust signal processing strategy to extract significant mode features from ultrasonic responses. With this information, a prototypical axial transmission configuration was built so that the performance of the method could be evaluated on five ex-vivo radius samples. To do so, a parametrized bone-like SAFE model was implemented into an autonomous model-based optimization routine to perform the inverse determination of different cortical bone properties. The proposed low-frequency axial transmission configuration was able to retrieve reliable thickness and density values for radius specimens as well as provided additional geometrical information associated with the cortical shape of the samples. The predicted properties found were associated to a much larger cortical volume when compared to the conventional inversion techniques using higher frequency. The proposed inverse method has the potential to increase the detectability of early stages of osteoporosis as well as improve the assessment of risk of fracture. The results available can be now used to define the parameters and instrumentation of a pilot clinical study on the detection of osteoporosis.


identifier: Khouday, Michel  (2018). Optimisation de la conception et de la gestion des projets d'ingénierie routiers en mode PPP ou traditionnel.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
infrastructure
projets routiers
PPP
conception
optimisation

abstract: Malgré l’abondance des articles touchant toutes les facettes des modes d’approvisionnement dans le domaine des infrastructures routières, l’optimisation de la conception est souvent effleurée en surface dans la littérature. Dans ce contexte le sujet s’inscrit dans une volonté de ressortir les éléments et conditions qui favorisent l’optimisation dans les projets routiers d’envergure. Une revue de la littérature couvrant l’approvisionnement au niveau des projets d’infrastructures et les différents aspects des modes d’attribution des projets routiers a été réalisée. Celle-ci couvre le cheminement de ces approvisionnements et les approaches d’optimisation. Un comparatif du potentiel d’optimisation pour les projets contractés suivant le mode conventionnel et le mode PPP est effectué pour chaque étape du projet. Des personnes clés de grande expérience dans le domaine ont été approchées par un questionnaire pour donner leurs avis sur différents aspects qui influencent l’optimisation de la conception. Un sondage à propos des éléments qui touchent les efforts d’optimisation a été aussi fait et les résultats ont été analysés. Pour ce qui concerne la phase de rédaction des termes de référence, les avis ont porté sur l’importance des données de circulation qui représentent l’intrant principal de rentabilité économique et le déterminant de la conception au niveau capacité et au niveau structural. Leurs avis ont ensuite souligné les données géotechniques et environnementales qui sont également des déterminants principaux de la conception structurale et donc des coûts de construction, mais aussi d’entretien puisque des sols variables ou faibles peuvent également influencer le comportement de l’ouvrage en opération. D’autres intrants majeurs soulignés par les avis portent sur l’état des lieux et les relevés topographiques, lesquels affectent de façon marquée les coûts des aménagements et donc de construction. L’état des structures qui seraient rétrocédées et des infrastructures en général dont l’entretien relèverait des obligations contractuelles de gestion et d’opération notamment lorsque ces infrastructures sont déficientes a été souligné comme étant une information essentielle. Les concepts suggérés ou les concepts obligatoires relevant de la conception dite de référence, le rôle et les responsabilités des intervenants extérieurs, les permis et autorisations, l’aspect visuel et l’aménagement paysager sont tous des intrants essentiels à très bien connaître pour optimiser le flux financier du projet pour le partenaire privé. Au cours de la phase de soumission, les avis ont couvert l’interaction client soumissionnaire en traitant de la dynamique du partenariat, des changements aux termes de référence et du partage équitable de l’information entre les soumissionnaires. Les methods de travail et l’interaction concepteurs-constructeurs au cours de cette phase ont aussi été soulevées par les partenaires privés consultés et leurs opinions traitées dans notre analyse. La priorisation et la spécification du niveau de détail de la conception pour chaque élément et pour chaque discipline en fonction de leur impact sur le projet sont analysées et des recommandations pointues sont dégagées pour considération future. Il ressort de la consultation entreprise que l’optimisation de la conception de chaque élément doit essentiellement reposer sur une vision d’optimisation de l’ensemble pour un cycle de vie complet incluant l’entretien et la mise à niveau conformément aux termes des exigencies contractuelles du partenaire public. Par ailleurs, il ressort qu’au cours de la phase conception-construction, l’identification de l’ensemble des contraintes et de l’environnement du projet pour en dégager les déterminants les plus critiques sur la rentabilité d’une part et le risqué d’autre part est essentielle. La communication entre les parties prenantes et intervenantes du projet comme catalyseur du succès et son impact sur l’optimisation à travers les interactions de ces différents intervenants est exposée et analysée. Les intervenants sont l’équipe de conception-construction, l’ingénieur indépendant, le client et son ingénieur-conseil et les parties prenantes. C’est à cette étape que les conflits et les contraintes de réalisation des travaux ressortent. C’est aussi à cette étape que les exigences du client, de l’ingénieur indépendant et des parties prenantes se manifestent avec ou sans raison. Leur impact sur l’optimisation de la conception, notamment au niveau de la communication franche, structurée, informée et transparente est souligné dans la perspective où la collaboration et le partage de l’information pertinente sont des déterminants du coût global de l’infrastructure.


identifier: Khoderagha, Nabil  (2019). Outil innovant pour la gestion des routes.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système de gestion des chaussées
entretien préventif
gestion de la qualité
système d’information géo-référencé
collecte des données

abstract:
Ce mémoire consiste à proposer un outil graphique dans les systèmes de la gestion modern des chaussées afin d’aider les décisionnaires dans l’élaboration d’une meilleure stratégie d’entretien et de réhabilitation au moment opportun dont les caractéristiques seront : des décisions fiables et efficaces qui permettent de répondre au problème au moindre coût.

Les systèmes de gestion de chaussées reposent sur la collecte de données, prérequis essential pour la détermination des causes de détérioration et pour l'analyse des performances des chaussées. Cette approche tient une place importante dans ce mémoire puisque l’objectif est de développer un outil graphique d’optimisation pour une prise de décisions rationnelle, c'est-à-dire basée sur des données objectives et stratégiques, car elle repose sur une approche de compilation de toutes les données.

L’outil proposé s’appuie sur la cueillette et l’analyse des données suivant un plan de qualité exposé, ainsi que la visualisation graphique de ces données sur la plateforme Google Earth, ceci permet d’intégrer, de visualiser et de stocker une abondante quantité d’informations pour différents niveaux de décisions.

L’outil utilise du matériel technologique très répandu et peu coûteux dont des caméras video géoréférencées pour la cueillette des données, des applications téléphoniques pour relever la géométrie en x, y et z des routes étudiées, puis le dispositif OBD (On-Board Diagnostic) employé dans le calcul des émissions polluantes, et finalement l’ordinateur outil de traitement et d’analyse. Cet outil graphique a été appliqué et a permis de valider l’approche en études de réhabilitation de routes urbaines et rurales.

L’adoption de l’outil graphique contribuera à l’amélioration et l’optimisation de la qualité du processus de prise de décisions.


identifier: Azizi, Najla  (2019). Integrating specification and test requirements as constraints in verification strategies for 2D and 3D analog and mixed signal designs.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: vérification des circuits analogiques et mixtes

subject: circuits intégrés 2D/ 3D

subject: contraintes associées aux spécifications et aux tests

abstract: Analog and Mixed Signal (AMS) designs are essential components of today’s modern Integrated Circuits (ICs) used in the interface between real world signals and the digital world. They present, however, significant verification challenges. Out-of-specification failures in these systems have steadily increased, and have reached record highs in recent years. Increasing design complexity, incomplete/wrong specifications (responsible for 47% of all non functional ICs) as well as additional challenges faced when testing these systems are obvious reasons. A particular example is the escalating impact of realistic test conditions with respect to physical (interface between the device under test (DUT) and the test instruments, input-signal conditions, input impedance, etc.), functional (noise, jitter) and environmental (temperature) constraints. Unfortunately, the impact of such constraints could result in a significant loss of performance and design failure even if the design itself was flawless. Current industrial verification methodologies, each addressing specific verification challenges, have been shown to be useful for detecting and eliminating design failures. Nevertheless, decreases in first pass silicon success rates illustrate the lack of cohesive, efficient techniques to allow a predictable verification process that leads to the highest possible confidence in the correctness of AMS designs. In this PhD thesis, we propose a constraint-driven verification methodology for monitoring specifications of AMS designs. The methodology is based on the early insertion of test(s) associated with each design specification. It exploits specific constraints introduced by these planned tests as well as by the specifications themselves, as they are extracted and used during the verification process, thus reducing the risk of costly errors caused by incomplete, ambiguous or missing details in the specification documents. To fully analyze the impact of these constraints on the overall AMS design behavior, we developed a two-phase algorithm that automatically integrates them into the AMS design behavioral model and performs the specifications monitoring in a Matlab simulation environment. The effectiveness of this methodology is demonstrated for two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) ICs. Our results show that our approach can predict out-of-specification failures, corner cases that were not covered using previous verification methodologies. On one hand, we show that specifications satisfied without specification and test-related constraints have failed in the presence of these additional constraints. On the other hand, we show that some specifications may degrade or even cannot be verified without adding specific specification and test-related constraints.


identifier: Saint-Louis, Patrick  (2019). Investigation of the lack of common understanding in the discipline of enterprise architecture.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
architecture d'entreprise
revue systématique de littérature
sondage d'opinion
pensée systémique

abstract: Despite growing interest in the discipline of Enterprise Architecture (EA) around the world in recent years, EA suffers from a lack of common understanding because researchers and practitioners do not use a shared approach and terminology when describing EA, its application, methodology, process or outcomes. A few studies have conducted a deep analysis on the extent of this situation but they all have methodological limitations. The objective of this thesis was to fill this gap in applying well know methodological design and techniques to shed some light on the lack of common understanding in the discipline of EA. To achieve this objective, this thesis is subdivided in three complementary studies which treat each a specific aspect. The first study conducts a Systematic Mapping Study and identifies, and classifies, sources of variety in the literature which could be on the basis of the lack of common understanding in the discipline of EA. The second study conducts a Systematic Literature Review using concepts from the academic field of terminology and thematic analysis techniques and identifies sources of implicitness, incompleteness, complexity and incoherence in the definitions of EA which could be on the basis of the lack of common understanding. The third study conducts an opinion survey with EA practitioners analyzed with the help of exploratory data analysis techniques, and identifies different EA practitioners’ major worldviews regarding organizations and the people within them. The findings of this thesis contribute to a better knowledge of the lack of common understanding in the discipline of EA and provide a better possibility to deal with this lack, as implication for practitioners. These findings also provide relevant directions to researchers for future studies concerning this topic or using the methodological design and techniques applied. To continue clarifying the characteristics of the lack of common understanding of EA, this thesis recommends both researcher and practitioner to support more descriptive and experimental research which prioritize the practice of EA (EA evolution, EA measurement, practitioners’ role, practitioners’ worldviews, etc.), to pay more attention to the definition of EA they provide when they produce a new article, and to integrate all ways of approaching EA into a shared reference, even if they seem to be divergent and conflictual sometimes.


identifier: Eesaee, Mostafa  (2019). Clay-containing polyolefin blends and nanocomposites for high voltage applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
isolation haute tension
nanodiélectrique
mélange de polymères
intercalation / exfoliation
propriétés diélectriques
résistance à la rupture
accumulation de charge d'espace

abstract:
This thesis presents attempts made to prepare novel insulating materials based on polyolefin tuned through blending and nanotechnology for high voltage applications, mainly the insulating materials in high voltage power cables. An organically modified natural clay, montmorillonite, was used in different loadings as the nanoreinforcement to be dispersed in low-density polyethylene (LDPE) and polypropylene (PP). Furthermore, polystyrene-bpoly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene (SEBS) triblock copolymer was used as the secondary polymer to form an immiscible blend with the polyolefin to selectively accommodate and disperse the nanofiller.

A high degree of dispersion of clay platelets was observed when clay was incorporated into either LDPE or PP. Clay incorporation has led to a solid-like rheological behavior with a shoulder in storage modulus in low frequencies. The neat blends of polyolefin with SEBS were observed to have a co-continuous morphology. The addition of clay to those blends resulted in a decrease of the dispersed domains.

Dielectric spectra of nanocomposites clearly showed two main relaxation processes representing Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) interfacial polarization process at low frequency and dipolar relaxation at high frequency. A new relaxation peak was observed for blend nanocomposites that was hypothesized to be related to the elastomer phase. The 3D network of clay in nanocomposites facilitates the charge carriers flow when subjected to high electric fields resulting in a higher DC conductivity comparing to polyolefin homopolymers. This was shown to enable the nanocomposites to prevent the accumulation of space charge by persistently allowing the temporary stored charges to flow across the material. However, at elevated temperatures the current flow exceeds a threshold above which high amount of charges are injected and as a result the electric field is heavily distorted. All nanocomposites showed significant improvement in the AC breakdown strength comparing to the neat polyolefin. The intercalated/exfoliated clay layers create a tortuous path for charge carriers to flow and thus distribute the electric stress and prolong the breakdown time. However, LDPE nanocomposites showed diminished DC breakdown strength most probably due to the thermal instability brought by clay.


identifier: Castonguay-Henri, Aude  (2019). Optimisation de la qualité des images et visualisation des tissus mous en tomodensitométrie à faisceau conique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
Cone-Beam CT
reconstruction itérative
imagerie des tissus mous

abstract:
La tomographie à faisceau conique (CBCT) est une méthode d’imagerie 3D ayant une meilleure résolution spatiale et exposant le patient à de plus faibles doses de radiation que le tomodensitomètre (CT pour Computed Tomography) conventionnel. Le spectre énergétique du faisceau de rayons X et la géométrie de son détecteur la rendent toutefois sujette à un biais spatialement dépendant qui limite sa capacité à faire de l’imagerie quantitative. La très grande majorité des logiciels de reconstruction utilise des algorithmes basés sur la rétroprojection filtrée, s’appuyant sur des corrections rudimentaires dépendantes de la physique du problème. Ces propriétés ont un impact direct sur la résolution en contraste des images reconstruites, et donc sur la visualisation des tissus mous et la capacité à les distinguer les uns des autres.

Le but de ce projet est d’améliorer la résolution en contraste et de réduire la présence d’artéfacts sur les images CBCT. Pour ce faire, nous implémentons une méthode de reconstruction itérative polychromatique. Cela permettra non seulement l’intégration d’information a priori sur le système lors de la reconstruction, mais également l’élimination des artéfacts générés par le durcissement de faisceau. Nous prenons ainsi en considération le spectre de rayons-X émis par la source, la dépendance énergétique du coefficient d’atténuation des tissus et matériaux sélectionnés, ainsi que la géométrie du système à faisceau conique.

La méthode est basée sur une adaptation d’IMPACT (Iterative Maximum-likelihood Polychromatic Algorithm for CT) qui définit le coefficient d’atténuation comme étant une combinaison linéaire de l’effet photoélectrique et de l’effet Compton, pondéré en fonction de l’énergie des photons et du tissu. L’algorithme implémenté est testé sur des fantômes synthétiques et expérimentaux, ainsi que sur des données cliniques.

Les résultats démontrent une réduction des artéfacts de durcissement de faisceau comme le cupping, une amélioration du contraste au niveau des tissus mous, ainsi qu’un fort potentiel à la reconstruction quantitative en CBCT. Implémenté en clinique, ce projet devrait contribuer à améliorer la visualisation des tissus mous et donc ouvrir des perspectives particulièrement intéressantes en imagerie diagnostique par Cone Beam CT.


identifier: Martel, Jean-Luc  (2019). Évaluation de l'influence de la variabilité naturelle du climat et des changements climatiques anthropiques sur les extrêmes hydrométéorologiques.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
variabilité naturelle
changements climatiques
modélisation hydrologique
précipitation extrême
crue extrême

abstract:
La capacité maximale des infrastructures d’eaux est conçue à partir des séries historiques d’extrêmes hydrométéorologiques et sur l’hypothèse que le climat est stationnaire. Toutefois, le consensus scientifique pointe vers un réchauffement planétaire causé par l’influence humaine, ayant des répercussions à long terme sur les précipitations et les crues extrêmes. De plus, plusieurs travaux récents indiquent que la variabilité naturelle du climat a le potentiel de masquer les effets de ces changements climatiques anthropiques, donnant une illusion de stationnarité du climat. Ainsi, l’objectif de cette thèse a pour but d’améliorer la compréhension des impacts de cette variabilité naturelle et des changements climatiques sur les extrêmes hydrométéorologiques.

Dans un premier lieu, la variabilité naturelle a été explorée à travers six indices climatiques importants (p. ex. : El Niño) influençant le climat en Amérique du Nord. Bien que ceux-ci aient démontré un certain potentiel de prédiction au niveau de la variabilité saisonnière des moyennes de températures et de précipitations, ils se sont trouvés beaucoup moins prometteurs au niveau de la variabilité des extrêmes hydrométéorologiques. La combinaison de ces indices climatiques n’a résulté qu’en une faible valeur prédictive de la variabilité des crues et précipitations extrêmes.

Dans un second lieu, la variabilité naturelle des précipitations moyennes et extrêmes a été examinée à l’aide de grands ensembles de simulations climatiques. Ces travaux ont permis de dresser un portait plus clair de son influence sur la détection du signal des changements climatiques. À l’échelle locale (p. ex. : une station météorologique), la variabilité naturelle dominera vraisemblablement le signal des changements climatiques des precipitations extrêmes jusqu’à la fin du 21e siècle. Toutefois, à l’échelle régionale (p. ex. : plusieurs stations météorologiques), la détection du signal des changements climatiques serait plus rapide et robuste. Globalement, la variabilité naturelle a la capacité d’entraver la detection des changements climatiques sur les précipitations moyennes et extrêmes jusqu’à la moitié, voire même la fin du siècle, pour plusieurs régions de la planète.

Les grands ensembles de simulations climatiques ont aussi été utilisés pour évaluer l’impact des changements climatiques sur la probabilité de récurrence des événements hydrométéorologiques extrêmes. D’abord, les changements projetés pour la pluie 100 ans d’une durée d’une heure jusqu’à cinq jours entre les périodes de 1980-1999 et 2080-2099 ont été étudiés à l’aide de deux ensembles à l’échelle globale et un ensemble à l’échelle régionale couvrant le nord-est de l’Amérique du Nord et l’Europe. Les résultats des trois ensembles suggèrent que les événements de précipitation extrêmes, correspondant à la période de retour 100 ans de la période de référence, deviendront environ de quatre à cinq (deux à quatre) fois plus fréquents en moyenne pour le nord-est de l’Amérique du Nord (l’Europe). De plus, les résultats suggèrent qu’en général, une période de retour plus élevée et/ou une durée plus courte entraineront des augmentations relatives plus importantes.

Ensuite, les changements projetés dans les crues extrêmes ont été investigués plus spécifiquement pour 3 567 bassins versants de grande taille (> 500 km2) en Amérique du Nord. Les résultats suggèrent des patrons spatiaux très distincts en termes d’augmentation et de diminution de la crue 100 ans. Les changements les plus importants se résument en une diminution des crues générées par la fonte de la neige dans les bassins versants situés en haute latitude et/ou haute altitude et une augmentation pour les bassins versants situés dans le sud-est des États-Unis et sur la côte ouest, où les précipitations sont la principale cause des crues.

Finalement, des pistes de stratégies d’adaptation face aux changements climatiques ont été discutées à la suite de ces travaux. Ces dernières, de concert avec les conclusions de cette thèse, pourraient aider davantage les ingénieurs et les preneurs de décision à justifier l’implémentation de mesures d’adaptation permettant de mieux protéger le milieu bâti et les populations vulnérables.


identifier: Haddaji, Nassim  (2019). Optimizing total cost of ownership (TCO) for 5G multi-tenant mobile backhaul (MBH) optical transport networks.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
5G
MBH
E2IOPN
TCO
ROI
PPM
CapEx
OpEx
SDN
NFV
CORD
BHaaS
TPaaS
VBaaS
traffic profiles
multi-location
virtualisation
découpage de réseau
théorie des jeux
Compétition des prix

abstract:
Legacy network elements are reaching end-of-life and packet-based transport networks are not efficiently optimized. In particular, high density cell architecture in future 5G networks will face big technical and financial challenges due to avalanche of traffic volume and massive growth in connected devices. Raising density and ever-increasing traffic demand within future 5G Heterogeneous Networks (HetNets) will result in huge deployment, expansion and operating costs for upcoming Mobile BackHaul (MBH) networks with flat revenue generation. Thus, the goal of this dissertation is to provide an efficient physical network planning mechanism and an optimized resource engineering tool in order to reduce the Total Cost of Ownership (TCO) and increase the generated revenues. This will help Service Providers (SPs) and Mobile Network Operators (MNOs) to improve their network scalability and maintain positive Project Profit Margins (PPM).

In order to meet this goal, three key issues are required to be addressed in our framework and are summarized as follows: i) how to design and migrate to a scalable and reliable MBH network in an optimal cost?, ii) how to control the deployment and activation of the network resources in such MBH based on required traffic demand in an efficient and cost-effective way?, and iii) how to enhance the resource sharing in such network and maximize the profit margins in an efficient way?

As part of our contributions to address the first issue highlighted above and to plan the MBH with reduced network TCO and improved scalability, we propose a comprehensive migration plan towards an End-to-End Integrated-Optical-Packet-Network (E2-IOPN) for SP optical transport networks. We review various empirical challenges faced by a real SP during the transformation process towards E2-IOPN as well as the implementation of an as-built plan and a high-level design (HLD) for migrating towards lower cost-per-bit GPON, MPLS-TP, OTN and next-generation DWDM technologies. Then, we propose a longer-term strategy based on SDN and NFV approach that will offer rapid end-to-end service provisioning with costefficient centralized network control. We define CapEx and OpEx cost models and drive a cost comparative study that shows the benefit and financial impact of introducing new low-cost packet-based technologies to carry traffic from legacy and new services.

To address the second issue, we first introduce an algorithm based on a stochastic geometry model (Voronoi Tessellation) to more precisely define MBH zones within a geographical area and more accurately calculate required traffic demands and related MBH infrastructure. In order to optimize the deployment and activation of the network resources in the MBH in an efficient and cost-effective way, we propose a novel method called BackHauling-as-a-Service (BHaaS) for network planning and Total Cost of Ownership (TCO) analysis based on required traffic demand and a "You-pay-only-for-what-you-use" approach. Furthermore, we enhance BHaaS performance by introducing a more service-aware method called Traffic-Profile-asa- Service (TPaaS) to further drive down the costs based on yearly activated traffic profiles. Results show that BHaaS and TPaaS may enhance by 22% the project benefit compared to traditional TCO model.

Finally, we introduce a new cost (CapEx and OpEx) models for 5G multi-tenant Virtualized MBH (V-MBH) as part of our contribution to address the third issue. In fact, in order to enhance the resource sharing and maximize the network profits, we drive a novel pay-as-yougrow and optimization model for the V-MBH called Virtual-Backhaul-as-a-Service (VBaaS). VBaaS can serve as a planning tool to optimize the Project Profit Margin (PPM) while considering the TCO and the yearly generated Return-on-Investment (ROI). We formulate an MNO Pricing Game (MPG) for TCO optimization to calculate the optimal Pareto-Equilibrium pricing strategy for offered Tenant Service Instances (TSI). Then, we compare CapEx, OpEx, TCO, ROI and PPM for a specific use-case known in the industry as CORD project using Traditional MBH (T-MBH) versus Virtualized MBH (V-MBH) as well as using randomized versus Pareto-Equilibrium pricing strategies.

The results of our framework offer SPs and MNOs a more precise estimation of traffic demand, an optimized infrastructure planning and yearly resource deployment as well as an optimized TCO analysis (CapEx and OpEx) with enhanced pricing strategy and generated ROI. Numerical results show more than three times increase in network profitability using our proposed solutions compared with Traditional MBH (T-MBH) methods.


identifier: Terfas, Hebatalla  (2019). The analysis of cloud computing service level agreement (SLA) to support cloud service consumers with the SLA creation process.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
infonuagique
contrat de niveau de service (SLA)
objectif de niveau de service (SLO)
cycle de vie du SLA
phase de négociation du SLA

abstract:
Cloud computing has been developing rapidly in the past few years. Stakeholders and several users started to migrate their data to the cloud to benefit from its usage and storage. The first step cloud service provider (CSP) and cloud service consumers (CSC) deal with is the service level agreement (SLA). It is an agreement issued between the cloud service provider and the cloud service customer that contains the consumer’s service requirements and the service level provided by cloud service providers. The process to create an SLA agreement is very essential for both cloud service providers and consumers. However, it could be vague and not well defined. To enhance the usage of any cloud services, the content and the creation of the SLA agreement should be handled efficiently and carefully.

In this thesis, first we conducted a literature review to check the level of occurrence of SLA and SLO parameters in the academia and generate a list of the most and least studied SLA and SLO parameters. In the second chapter, we confronted this list to the three most popular cloud service providers in the modern market (Amazon, Microsoft and Google) to investigate their SLA agreement coverage.

Finally, in the last chapter, we proposed an SLA toolkit that could assist cloud service providers and consumers in the process of SLA creation. This SLA toolkit would help the consumers through the negation phase and facilitate the selection process to choose the most applicable cloud service providers’ offer.


identifier: Zhalehpour, Sara  (2018). Visual information retrieval from historical document images.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
recherche d’information visuelle
document historique image
classification des documents
détection de note
boîtes de délimitation
projection horizontale
détection de tableaux
tableaux de lignes de régnant
tableaux de lignes non-régnant
MFCC
machines à vecteurs de support

abstract:
In the recent decades, preserving and publicizing historical documents in digital format has gotten considerable attention. Although modern digitizing techniques have mostly solved the problem of protecting and accessing these documents, the task of visual information retrieval and interpretation is still an arduous issue. This is due to historical documents’ complex and unusual structures beside their degraded nature. For information retrieval from historical documents, an appropriate approach is required to characterize the document content in a coherent way. Printed documents contain not only text characters and their formattings but also some associated typographical elements. Finding and pursuing the existing visual typographical objects that shape the content of historical documents, helps us retrieve and convey more information about the various methods of representing these documents. These elements can be footnotes that connect the authority and demonstrate the relationship between manuscripts and sources, or tables that summarize different sort of information into geometric forms. This research focuses on the problem of detecting footnotes and tables in historical documents and establishes a framework for each of the driven objectives. These frameworks must efficiently handle complex structures of historical documents and at the same time possess the generalization power to be applied to large-scale document image collections.

To the best of our knowledge, up to this date, footnote detection has rarely been addressed in the literature. Therefore, our first goal is to present a novel framework for footnote-based document image classification in historical documents. The basic idea behind this framework is to utilize the most prominent visual features of a footnote to create a feature vector. The three most notable visual features of a footnote in a page are the smaller font size of the footnote respect to the body text, the footnote location at the bottom of the page and the relatively greater gap between the footnote and the body text compared to the standard line space. Three methods are proposed according to each of these observations. We define a set of rules using these observations to create our final feature vector. Our framework for footnote-based document image classification in the historical documents is completed by feeding these feature vectors to a support vector machine (SVM) classifier. The proposed framework is applied to more than 32 million images from 18th century. The evaluation results prove the efficiency, generalization power, and robustness of our presented framework for detecting page containing footnote despite their layout and structure type.

The state-of-the-art methods for table detection in documents mostly use markup documents (e.g., pdf, HTML, etc.) and do not cover all types of the tables within one framework. However, for historical documents, which are our main target for this thesis, we only have access to the scanned image and need to deal with all types of tables at the same time. The proposed framework is based on the hypothesis that texts in tables occur in a harmonic column-wise manner. This fact suggests the idea of using a spectral method for developing our framework. We propose an approach based on using Mel frequency cepstral coefficients (MFCC) to classify document images according to the presence or not presence of tables on the page. MFCCs are well-known speech processing features, which emphasize lower frequency components rather than higher ones. An SVM classifier is used as the final step of our framework for detecting pages containing tables. We test the introduced framework on our datasets and the results confirm the efficiency of the proposed method in comparison to both a state-of-the-art method and our benchmark dataset from the 18th century printed documents.


identifier: Sarr, Ndeye Bineta  (2019). Communications protocols for wireless sensor networks in perturbed environment.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseaux intelligents
réseaux de capteurs
postes à hautes tensions
bruit impulsif
codage à métrique de rang
OFDM
MIMO à boucle fermée

abstract: This thesis is mainly in the Smart Grid (SG) domain. SGs improve the safety of electrical networks and allow a more adapted use of electricity storage, available in a limited way. SGs also increase overall energy efficiency by reducing peak consumption. The use of this technology is the most appropriate solution because it allows more efficient energy management. In this context, manufacturers such as Hydro-Quebec deploy sensor networks in the nerve centers to control major equipment. To reduce deployment costs and cabling complexity, the option of a wireless sensor network seems the most obvious solution. However, deploying a sensor network requires in-depth knowledge of the environment. High voltages substations are strategic points in the power grid and generate impulse noise that can degrade the performance of wireless communications. The works in this thesis are focused on the development of high performance communication protocols for the profoundly disturbed environments. For this purpose, we have proposed an approach based on the concatenation of rank metric and convolutional coding with orthogonal frequency division multiplexing. This technique is very efficient in reducing the bursty nature of impulsive noise while having a quite low level of complexity. Another solution based on a multi-antenna system is also designed. We have proposed a cooperative closed-loop coded MIMO system based on rank metric code and max−dmin precoder. The second technique is also an optimal solution for both improving the reliability of the system and energy saving in wireless sensor networks.


identifier: Bérubé, Marc-André  (2019). Évaluation de l'impact des fines sur la résistance à l'arrachement des traitements de surface et caractérisation des mastics bitumineux des matériaux à base d'émulsion de bitume.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
traitement de surface
mastic
entretien préventif
arrachement
émulsion de bitume
filler
DENT
DSR

abstract:
Depuis plusieurs années, différentes entreprises ont montré les avantages économiques et de temps des travaux préventifs. Ces travaux servent à améliorer l’état des routes tout en protégeant le corps de la structure de la chaussée des infiltrations d’eau en augmentant ainsi la durée de vie global de la route. Les premières méthodes de conception des traitements de surface de type chip seal ont fait leurs apparitions dans les années 30 avec la methode Hanson. Avec les compréhensions d’aujourd’hui sur les émulsions de bitume, l’approfondissement des connaissances des matériaux de traitement de surface et des mastics bitumineux a fait l’objet d’un projet de recherche avec le Laboratoire des Chaussée et matériaux Bitumineux (LCMB) en collaboration avec l’Indian Institute of Technology Bombay (IITB).

Le présent projet de recherché a pour objectif d’évaluer l’impact des particules fines à l’arrachement dans les mélanges bitumineux à base d’émulsion de bitume destinés aux traitements de surfaces de type chip seal ainsi que de développer une méthode de caractérisation pour les mastics des mélanges bitumineux à l’émulsion de bitume. Les essais expérimentaux de la première partie du projet ont permis de mesurer l’arrachement de différents couples agrégat-émulsion de bitume entre deux types de granulats et deux types d’émulsion pour les traitements de surface de type 3 (TS3). La deuxième partie du projet s’intéresse plus particulièrement au mastic des enrobés bitumineux à l’émulsion de bitume. Des essais sur les appareils DENT et DSR ont été réalisés sur des spécimens et la caractérisation de ces derniers a été réalisée afin d’avoir les propriétés mécaniques des mastics bitumineux de matériaux bitumineux à l’émulsion.


identifier: Lagnika, Sèmirath  (2019). Développement d'une approche de gestion environnementale dynamique des activités minières.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
industrie
mines
dynamique
gestion
évaluation environnementale

abstract:
Les activités industrielles dont les mines influencent les modes de vie par leurs besoins en matériaux de base. L’extraction des matériaux enfouis sous terre se subdivise en quatre phases d’activités : l’exploration, la construction, l’exploitation et la clôture, qui se fragmentent en opérations. Mais, ces opérations font des mines une niche de risques responsables d’enjeux environnementaux à gérer. Ces risques varient selon le type d’opération, la sensibilité des facteurs environnementaux, les interactions entre eux et le cycle de vie. Pour réduire leur occurrence, les normes de gestion environnementale et les législations territoriales imposent l’implantation de systèmes de gestion avant l’installation de toute unité de production, principalement les études d’impact sur l’environnement. Elles consistent à identifier les risques ou leurs sources, à prédéterminer les mesures d’atténuation et établir des plans d’action. Nombreuses sont les investigations menées pour développer de meilleures approches de gestion, mais, malheureusement, les risques dans les mines ont une portée négative difficile à éradiquer.

Toutefois, l’avènement de nouvelles technologies ces dernières décennies a favorisé l’émergence des systèmes dynamiques majoritairement orientés vers l’optimisation des productions. Mais, possédant la propriété novatrice d’une gestion non compartimentée, les principes dynamiques avec à la gestion environnementale renforcent la procedure d’évaluation environnementale. Ils offrent alors un nouvel outil de gestion intégrateur de l’évolution du système, de ses composants et des vecteurs de risques générés. La majorité des facteurs environnementaux étant tributaire de l’eau, source de vulnérabilité connue, les résultats vont se structurer spécifiquement autour. Les contributions se déclinent en trois parties après la recension bibliographique.

La première partie consiste à élaborer des stratégies d’évaluation environnementale et de maintenance du système de production dans son contexte dynamique en intégrant les phases du cycle de vie de To à Tn+p. Plusieurs étapes ont servi à déterminer qualitativement et quantitativement les risques dans le temps et à faire l’évaluation environnementale continue du système une fois la mine en opération. Cette réalisation a permis une caractérisation raffinée à jour des facteurs affectés.

Suite à cela, l’investigation sur les systèmes dynamiques a démontré leurs proprieties compatibles à la gestion environnementale minière. Ceci au niveau de : la prise de décisions, la modélisation opérationnelle, la numérisation de la communication des risques, la planification des mesures d’atténuation et la résolution des risques. Enfin, la troisième partie est un cas pratique qui favorise la validation du potentiel des systèmes dynamiques aux pratiques de gestion environnementale existantes. Un modèle temporel de gestion des risques, dont ceux découlant des effluents, a été produit.

Les analyses permettent de montrer un niveau de maturité de ce secteur à intégrer le temps, les aspects rétroactifs et interactifs à la gestion environnementale. Cette nouvelle approche répond ainsi aux besoins du principe d’amélioration continue, à la prise en compte des données dynamiques correspondantes au niveau de développement des mines et favorise ainsi l’arrimage aux normes internationales.


identifier: Dyas, Clémence  (2019). Analyse de la marche grâce à la caractérisation de courbes de vitesse angulaire du membre inférieur sur une population de sujets sains et arthrosiques.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vitesse angulaire
marche
capteurs
arthrose

abstract:
Le genou est l’articulation la plus complexe du corps humain. Pour comprendre le fonctionnement de cette articulation, il est alors essentiel de caractériser son patron de marche. L’analyse de la marche s’effectue le plus souvent avec des capteurs optoélectroniques qui mesurent des positions et des orientations dans l’espace. Or, il y a un intérêt grandissant pour les capteurs inertiels qui sont moins chers et plus versatiles que les systèmes optiques mais qui mesurent des vitesses et des accélérations.

Le but de ce projet est de caractériser les courbes de vitesses angulaires du genou, du tibia et du fémur grâce aux données dérivées de données de capteurs optoélectroniques. Afin de caractériser les courbes durant la marche, quatre points caractéristiques ont été sélectionnés dans la littérature pour le genou. Ainsi nous pouvons déterminer des différences entre des populations atteintes d’arthrose du genou (OA) et d’évaluer si certains de ces paramètres ont une signification clinique.

Dans un premier temps, nous présenterons l’anatomie du genou, sa cinématique 3D à la marche ainsi que les méthodes d’analyse de la marche. De plus, les quatre paramètres sélectionnés pour le tibia et le genou dans le plan sagittal seront présentés. Ensuite, nous présenterons les différents calculs des vitesses angulaires à partir de données cinématiques. Nous présenterons également la méthode de traitements des données qui est semi-automatique et unilatérale et qui se décompose en trois parties : 1- Filtrage 2- Découpage en pourcentage de cycles de marche 3- Sélection des cycles les plus répétables. Dans un second temps, nous appliquerons cette méthode développée à deux bases de données. Une première base de données de 90 sujets sains (49 femmes et 41 hommes) et une deuxième base de données composée de 428 sujets arthrosiques (262 femmes et 166 hommes).

Les résultats obtenus grâce à ces 2 bases de données montrent tout d’abord qu’un patron de marche distinct ressort pour le fémur, le tibia et le genou dans le plan sagittal et qu’il existe des différences significatives entre les hommes et les femmes. La caractérisation a aussi permis de constater que des différences entre les sujets sains et les sujets arthrosiques sont presents et ce, plus particulièrement dans le plan frontal. Les résultats montrent que lors d’un mouvement en abduction; plus le grade d’arthrose est élevé et plus la vitesse angulaire pour un sujet arthrosique est faible.

Ces résultats indiquent qu’il est possible de caractériser un cycle de marche et de visualiser des différences entre une population de sujets sains et une population de sujets souffrant d’arthrose au genou.


identifier: Hafemann, Luiz Gustavo  (2019). Learning features for offline handwritten signature verification.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vérification de signatures
biométrie
apprentissage de représentations

abstract:
Handwritten signatures are the most socially and legally accepted means for identifying a person. Over the last few decades, several researchers have approached the problem of automating their recognition, using a variety of techniques from machine learning and pattern recognition. In particular, most of the research effort has been devoted to obtaining good feature representations for signatures, by designing new feature extractors, as well as experimenting with feature extractors developed for other purposes. To this end, researchers have used insights from graphology, computer vision, signal processing, among other areas. In spite of the advancements in the field, building classifiers that can separate between genuine signatures and skilled forgeries (forgeries made targeting a particular individual) is still an open research problem.

In this thesis, we propose to address this problem from another perspective, by learning the feature representations directly from signature images. The hypothesis is that, in the absence of a good model of the data generation process, it is better to learn the features from data. As a first contribution, we propose a method to learn Writer-Independent features using a surrogate objective, followed by training Writer-Dependent classifiers using the learned features. Furthermore, we define an extension that allows leveraging the knowledge of skilled forgeries (from a subset of users) in the feature learning process. We observed that such features generalize well to new users, obtaining state-of-the-art results on four widely used datasets in the literature.

As a second contribution, we investigate three issues of signature verification systems: (i) learning a fixed-sized vector representation for signatures of varied size; (ii) analyzing the impact of the resolution of the scanned signatures in system performance and (iii) how features generalize to new operating conditions with and without fine-tuning. We propose methods to handle signatures of varied size and our experiments show results comparable to state-of-theart while removing the requirement that all input images have the same size.

As a third contribution, we propose to formulate the problem of signature verification as a meta-learning problem. This formulation also learns directly from signatures images, and allows the direct optimization of the objective (separating genuine signatures and skilled forgeries), instead of relying on surrogate objectives for learning the features. Furthermore, we show that this method is naturally extended to formulate the adaptation (training) for new users as one-class classification.

As a fourth contribution, we analyze the limitations of these systems in an Adversarial Machine Learning setting, where an active adversary attempts to disrupt the system. We characterize new threats posed by Adversarial Examples on a taxonomy of threats to biometric systems, and conduct extensive experiments to evaluate the success of attacks under different scenarios of attacker’s goals and knowledge of the system under attack. We observed that both systems that rely on handcrafted features, as well as those using learned features, are susceptible to adversarial attacks in a wide range of scenarios, including partial-knowledge scenarios where the attacker does not have full access to the trained classifiers. While some defenses proposed in the literature increase the robustness of the systems, this research highlights the scenarios where such systems are still vulnerable.


identifier: Arhumah, Zeli  (2019). Characterization of microstructure and mechanical behaviour of heat affected zones in robotic arc welding of AA6061-T6.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
zone affectée thermiquement (ZAT)
cycle thermique
microdureté
microtension
corrélation d'images numériques (DIC)
SYSWELD
propriétés mécaniques

abstract: GMAW welding of aluminum AA6061-T6 introduce changes in the mechanical properties of the heat affected zone (HAZ) by changing the microstructure obtained from heat treatment. The variation of the welding thermal cycle across the HAZ produces different mechanical properties in subzones of the HAZ. The purpose of this investigation is to investigate the variation of the microstructure and mechanical behaviour in the HAZ subzones and correlate these subzones with the welding thermal cycle. In this study, the welding thermal cycle, and the microstructural and mechanical properties of welded aluminum AA6061-T6 plates were studied. The plates were prepared and welded in two different configurations using a Yaskawa robot integrated with Fronius Trans Plus Synergic 4000 arc welding equipment and metal filler AA4043. The welding thermal cycle was obtained experimentally from different locations on the welded plates. Using SYSWELD software the heat source was adjusted using the thermal cycle obtained from the experimental work and the size of the welding pool to reproduce the welding thermal cycle. Simulation was performed to observe the heat distribution in two configurations of the welded plate. The numerical model offers an adequate approximation to the welding thermal profile measured during the welding process. The characterization of mechanical properties was obtained using a microhardness test on welding cross section and a 2D map used to illustrate the microhardness at the welding cross section. Moreover, mechanical behavior and local deformation in subzones of the heat affected zone were investigated using digital image correlation (DIC) with a micro-flat tensile test. The mechanical properties of subzones of the HAZ were correlated with the welding thermal cycle as well as with the microstructure of the HAZ that was investigated experimentally. It was observed that the welding thermal cycle controls the variation of the microstructure across the HAZ, which significantly effects the mechanical behaviour of the HAZ. The change of precipitates sequence from βʺ to βʹ and β explains these changes.


identifier: Sacristan, Nancy  (2019). Évaluation de brasques traitées comme ajout cimentaire dans le béton.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
ciment
brasques traitées
ajout cimentaire
béton
analyse thermogravimétrique

abstract:
Le ciment est le matériau le plus utilisé dans l’industrie de la fabrication du béton et de la construction. L’utilisation d’ajouts cimentaires devient plus importante, car il contribue à la réduction des émissions de CO2 en remplaçant le ciment à certains pourcentages. Plusieurs des ajouts utilisés aujourd’hui sont en fait des déchets provenant d’autres industries. Toutefois, ces déchets industriels n’ont pas une production infinie. Il est donc nécessaire de rechercher de nouveaux matériaux répondant aux exigences requises pour être utilisées comme ajouts cimentaires et en même temps réduire l'empreinte de carbone et les coûts de production dans l'industrie de la construction. Pour cette recherche, l’objectif de l’étude est centré sur la valorisation des brasques traitées par le procédé de lixiviation à bas caustique et ajout de chaux (BT-LCLL, en anglais spent pot lining by Leaching and Liming Low-Caustic process) (BTLCLL) de l’industrie de la production primaire de l’aluminium, comme ajout cimentaire, ce qui est une démonstration de l’économie circulaire. Ce matériau, issu d’un procédé créé par la société canadienne Rio Tinto Alcan, n’a pas fait l’objet de nombreuses études. En effet, plusieurs années de recherche ont été nécessaires pour réduire la teneur en fluorures et en cyanures et rendre le BT-LCLL acceptable pour son utilisation.

Dans le cadre, de ce mémoire, différentes échelles d’évaluation ont été établies pour l’analyse de ce matériau. Au niveau de la poudre, le matériau a été analysé par la diffraction de rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB), sa granulométrie et sa surface spécifique. Au niveau du mortier, l’activité pouzzolanique a été mesurée par l’indice de force d’activité. Les pâtes de ciment ont été préparées avec différents rapports eau / liant et des tests d’analyse thermogravimétrique (ATG), MEB et DRX ont été effectués aux différents jours. Les bétons ont été confectionnés et les résultats expérimentaux indiquent que les BT-LCLL constituent potentiellement un ajout cimentaire avec un taux de remplacement optimal du ciment de 10%.

La poursuite d’études approfondies sur ce produit de remplacement est nécessaire pour les futures recherches ce qui permettrait de mieux connaître le produit, afin de formuler des solutions efficaces aux problèmes liés à la production croissante de béton.