identifier: Abdussalam, Otman  (2021). Petroleum supply chain planning under environmental regulations: a case study in Libya.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: chaîne d'approvisionnement durable

subject: planification

subject: modélisation mathématique

subject: pétrole brut

subject: pétrole

subject: gestion de la chaîne d'approvisionnement verte

subject: incertitude

subject: optimisation multiobjectifs

abstract:
Today, petroleum companies cannot be competitive and efficient without considering potential solutions provided by sustainable supply chain management (SSCM) optimization models. SSCM can solve different challenges faced by this sector. Academics and practitioners consider the opportunities offered by decision-making tools for planning sustainable petroleum supply chains. Therefore, the primary objective of this study is to understand the evolution of sustainable supply chain planning in the petroleum industry and how to develop a data-driven decision-making tool to assess different transformation plans for the petroleum sector under the uncertainty of environmental regulations

This study aims first to understand the evolution of sustainable supply chain planning in the petroleum industry and highlight the specificities of the body of knowledge in this area and develop a general framework. A mathematical model for planning and optimizing the petroleum supply chains from the country-level perspective considers the economic side. A deterministic mathematical model is presented to identify the decisions related to the flow between nodes, production capacities at each level, and how to satisfy the demand to maximize the profit from local and international markets. The developed model was solved by using commercial software. Furthermore, the Libyan petroleum case study is applied as an example to show possible improvements in the petroleum supply chain application, visualize the new supply chain configuration, and validate the results. Results show that the model allows improvements in both profit and service level if suitable production and distribution decisions are set. Finally, the optimization model helps decision-makers identify the production and distribution plan under some risky events.

Introduction of new environmental regulations to decarbonize the petroleum sector, also, prepare a transformation plan (strategic decisions) for the petroleum sector. The objective is to minimize the crude, refinery, and petrochemical sectors total cost and meet environmental standards and regulations. It presents a deterministic mathematical programming model for planning the supply chain. Furthermore, the study examines the impact of incorporating investment decisions through different carbon emission reduction options and evaluating the supply chain performance based on the economic and environmental dimensions.

A data-driven and generic decision-making model for eco-efficient supply chain planning is presented to evaluate the impact of introducing a stringent environmental regulation limiting greenhouse gas emissions. Experimental results based on the Libyan petroleum industry are analyzed and demonstrate model capabilities to deal with the trade-off between the total cost and the petroleum sector's environmental issues. A sensitivity analysis is carried out on some parameters to design a mitigation plan to manage the environmental risks. This study shows that it's possible to achieve up to 32% carbon emission reduction if the carbon capture and storage projects are implemented in the different petroleum sectors. However, suppose the cumulative carbon reduction objective is more than 32 % for the next 20 years. In that case, it will be necessary to implement green (solar) energies to be used in the extraction, refineries, and petrochemical plants.


identifier: Mohamed Al Aela, Amhmed  (2021). Nonlinear and adaptive control algorithms for electrohydraulic active suspension systems.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

subject:
systèmes de suspension active
système de commande backstepping
réseaux de neurones
commande adaptatives
systèmes électrohydraulique
systèmes à dynamique zéro

abstract:
This thesis proposes novel control strategies for automobile active suspension systems. The car electrohydraulic active suspension modeling systems were characterized by several phenomena, such as nonlinear dynamics, parametric uncertainties, and uncertain nonlinearities. Therefore, the control laws were developed in this thesis for a SISO quarter car electrohydraulic active suspension, a SISO restricted quarter car electrohydraulic active suspension, and MIMO full car filtered electrohydraulic active suspension.

The first control strategy in this thesis focuses on passenger comfort for a quarter car active suspension system. The dynamic system of the quarter car active suspension is known by unmatched model uncertainty. Hence, the control input cannot altogether cancel out the system uncertainties. Thus, a backstepping control system was applied to solve this issue. However, the regression of the backstepping control system is tedious and challenging to determine. So, the Radial basis function neural network system was applied to represent complicated functions. Consequently, an adaptive neural network backstepping control system was developed for SISO semi-strict feedback of a quarter car electrohydraulic active suspension system.

The second proposed control strategy addresses the compromise between passenger comfort, road holding, suspension travel limits, and suspension travel oscillations for a quarter car electrohydraulic active suspension. Even though the first control strategy indicated high sprung mass position compensation, it had the worst road holding and suspension travel oscillations. Therefore, we have designed a new model system to explicitly address road holding, which was called a dynamic landing tire system. We have also considered nonsymmetric suspension travel limits instead of that in most previous studies. Accordingly, a nonlinear control filter was developed to track the suspension restrictions. Thus, the second proposed control strategy was the combined nonlinear control filter with the adaptive neural networks control system, which can perfectly deal with the suspension restrictions, dynamic nonlinearities, and system uncertainties.

The third control strategy was developed for full car active suspension systems. Although the second control strategy was successfully demonstrated the control effectiveness, it was designed for a quarter car active suspension. Moreover, most previous studies for full car active suspension control systems were not clearly addressed road holding and control robustness. Therefore, the second control system was evolved for the MIMO nonlinear of full car electrohydraulic active suspension system in the presence of both a stiff road perturbation and external aerodynamic disturbances. The third control system consists of the adaptive neural networks backstepping control system and four nonlinear control filters. A zero dynamics system was also applied to guarantee system stability.

The simulation results show that the proposed control systems are successfully achieved the control objectives as follows. Firstly, the first control strategy can provide an excellent ride comfort for a quarter car active suspension. Secondly, the second proposed control law can powerfully manage the compromise between passenger comfort, road holding, and suspension travel for a quarter car active suspension. Finally, the third control strategy can achieve the optimal suspension performance of improving passenger comfort, maintaining road holding, avoiding reaching suspension travel limits, reducing suspension travel oscillations, and overcoming dynamic nonlinearities and system uncertainties for full car active suspension.


identifier: Basiri, Sardar  (2021). Action-aware combat model for efficient video compression of massively multiplayer online role-playing games on cloud gaming platforms.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: jeux en nuage

subject: jeux multijoueurs en nuage

subject: jeux mobiles en nuage

subject: jeux en ligne massivement multijoueurs

subject: jeux de rôle en ligne massivement multijoueurs

abstract:
Cloud gaming allows users to play new, high-quality games remotely without needing a powerful device. Users can connect remotely with their thin-client devices (e.g., tablets and smartphones) to send their control input and, in response, to receive a video from the cloud gaming platform.

The video encoding and the transmission of the compressed video over the Internet are the main factors affecting the end-to-end latency, starting from the user’s input to the reception of the resulting video. This latency should be kept minimal in order to improve the game’s responsiveness and the quality of experience (QoE) of the player. The other important factor affecting the player’s experience is the quality of the video stream. Since better video quality requires more bandwidth (controlled by the bit rate) from the player, the challenge addressed in this thesis is to maximize the quality of the video stream with the same video bit rate or, equivalently, reducing the video bit rate for the same video quality.

Our main focus is on massively multiplayer online role-playing games (MMORPGs) running on cloud gaming platforms. MMORPGs are the genre of online games where a huge number of players can interact in a vast virtual environment. The most crowded area is the combat area, where players use different weapons and skills associated with their game characters to interact with each other.

We present an ARCODE for MMORPGs on cloud gaming platforms. The model determines the importance of each object in each state of the game, considering the properties of various actions that could be performed by any object in the combat area. Based on the importance of each object in each state of the game, the model decides how frequently the position of the object in the scene should be updated. By reducing the smoothness of movement of objects based on their significance to the player in each state of the game, fewer bits are required by the encoder to code the video frames with the same visual quality as the traditional approach.

The model can be used with most MMORPGs in order to improve the quality of the compressed video when using the same amount or fewer bits. The advantage of our approach is that the coder-decoder (CODEC) used for the cloud gaming stream is considered as a black box. No change is applied to the encoder itself or to the scripts and the inputs of the encoder, which improves the portability and compatibility of our solution with established cloud gaming platforms.

A wide selection of test scenarios was considered for the evaluation and to show the excellent performance of our model. Our experimental results indicate that for the same visual quality as the traditional approach, ARCODE reduces the video bit rate between 10% and 41%.


identifier: Bayati, Abdolkhalegh  (2021). Proactive network and traffic aware network optimization.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vitesse de liaison adaptative
efficacité énergétique
apprentissage automatique
méthodes d’optimisation
modèles prédictifs
prévision du trafic
régression de processus Gaussien

abstract:
The Information and Communication Technology (ICT) sector is rapidly becoming a big contributor among the energy-consuming sectors. Recent studies have shown that the ICT impact on global power consumption is non-negligible - about 4% (GeSi SMARTer2030, n.d.). This is due to a range of new technologies, including moving from 4G to 5G, the advent of the Internet of Things (IoT), the proliferation of electronic devices and the cost-effective production processes needed to manufacture such devices. Telecommunication networks consume 37% of ICT power consumption. In many developed countries, ICT-related sectors are on the top list of power consumers. Moreover, an increase in global ICT-related electricity consumption is projected by 2030 compared to 2020.

Traditionally, telecommunication networks have been designed to maximize the available bandwidth. This policy tends to minimize the replacement costs that occur when technologies are updated to increase either in the number of users or in the exchanged traffic. However, users access the network at different times of the day, and the applications usages are different in terms of traffic loads. Networks are dimensioned for the highest traffic demands so that the quantity of data flowing in the network usually is guaranteed below the maximum achievable data rates. The power consumption of network devices depends on the installed capacity of the underlying technology.

The key idea of the design and operation of Energy-Aware (EA) networks is to reduce the difference between the network’s utilization and the provided capacity. In order to minimize energy waste, or equivalently, to make the consumption of the network equal to the traffic load, different solutions are being studied. The existing approaches include two main categories:

1. Energy-proportional approaches try to achieve energy proportionality by adapting the devices’ speed (and capacity) to the actual load. In this case, link speed is decreased when the link is underutilized because the interface cards with lower transmission rates consume smaller amounts of power.

2. Sleep mode approaches affect the network as a whole and approximate load proportionality by carefully distributing the traffic in the network so that some devices are fully utilized, and other devices become idle and switched into sleep mode. In this case, the current devices’ energy consumption is practically independent of the load. Therefore, switching off the devices can save a consistent amount of energy. However, sleep modes introduce additional complexity to the network because it needs coordination among devices.

A famous method in energy-proportional approaches is known as Adaptive Link Rate (ALR). Adaptive link rate (ALR) is an effective means to save energy consumption of network elements by adjusting the link rate according to the carried traffic through a network-level optimization of the flow allocation process. In this research, we focus on ALR to provide a solution for the network energy efficiency problem. It is worth noting that current adaptation approaches are mainly reactive, in which link speed is adjusted when the traffic demand is changed. As the traffic flows fluctuate, the globally optimum network configuration changes over time, and the network requires reconfiguring to maintain the minimum power consumption. These approaches require multiple re-optimizations in each iteration which hurt Quality of Service (QoS) and network stability.

In this thesis, we propose a framework based on the Rate Adaptation using Prediction (RAP) to predictively optimize link rates based on the multiple-step-ahead forecasting traffic demand. RAP finds a network configuration that minimizes the energy cost in the current time slot as well as requires the minimum modifications to be adjusted to the demands in future time slots. We formulate RAP as an integer linear programming (ILP) model and propose a heuristic simulated annealing (SA) algorithm to solve it. The model has been evaluated over two well-known network topologies (GEANT and fat-tree) using real-life traffic data. Our experimental results show that our approach provides a significant energy-saving while it decreases (on average) %61 of re-optimizations in the energy-aware routing.

In this thesis, there are four notable contributions to this problem. First, we design a Gaussian Process Regression (GPR) kernel called semi-periodic self-similar (SPSS) covariance function, which is based on the traffic characteristics and shows a significant improvement in the traffic prediction accuracy compared to other methods. Second, we propose a GPR ensemble model to capture different volatile traffic patterns. The core of our proposed model is a novel method to optimize the accuracy-diversity balance between the base learners, which results in enhanced prediction performance. The third contribution is a multi-step-ahead prediction algorithm using the traffic characteristics. We showed how traffic’s multi-scale nature could be reflected in the multi-step-ahead prediction to reduce the error propagation in an extended prediction horizon. This approach outperforms existing powerful time-series algorithms such as LSTM. The fourth contribution is a network energy optimization model. While exiting energy efficiency optimization models consider only power consumption, we used traffic prediction to control and minimize the number of changes in the network during our online optimization solution. These four contributions are integrated into our proposed network energy framework, and we build a traffic-aware solution to reduce network power consumption with dynamic traffic.


identifier: Belkacemi, Imene  (2021). Développement et validation d’une méthode de comptage de lamelles d’une turbine à gaz.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
turbines à gaz
inspection par boroscope
qualification des images
comptage de lamelles

abstract:
Les turbines à gaz sont des moteurs qui génèrent de l’énergie mécanique en compressant et brulant de l’air ambiant. Cette énergie mécanique peut être utilisée dans plusieurs domaines comme la propulsion des avions. L’inspection des turbines à gaz est réalisée à Siemens Canada. Elle permet de vérifier la qualité des turbines à gaz nouvellement construites et de déterminer le niveau de maintenance requis pour les turbines à gaz usées. Avec le temps, celles-ci peuvent subir des dommages à l’intérieur pouvant nuire à leur bon fonctionnement. L’inspection est effectuée en utilisant un boroscope qui permet de vérifier l’état interne du moteur sans le démonter. Le boroscope est constitué d’une sonde munie d’une caméra, d’une source de lumière et d’un écran sur lequel les images acquises sont affichées. Pour accéder à la partie du moteur à inspecter, l’opérateur injecte la sonde dans le trou approprié présent sur la surface externe du moteur, manipule la sonde et oriente la caméra en se basant sur ses propres connaissances de la composition du moteur et en se référant aux images acquises dans le but de bien visualiser la zone cible. Les vidéos obtenues contiennent principalement des lamelles qui passent, l’une après l’autre, jusqu’à la fin de la partie du moteur sous inspection. L’inspection des turbines est composée de trois étapes effectuées par l’inspecteur en parallèle et en temps réel. Ce sont : (1) vérifier la qualité des images acquises, (2) compter les lamelles qui passent manuellement pour s’assurer de ne pas en manquer et de ne pas en vérifier plus qu’il faut, (3) détecter les défauts présents sur les composants internes du moteur. En fait, c’est difficile de savoir quand toutes les lamelles ont été inspectées et de ne pas en inspecter plus car la référence de la lamelle par laquelle l’inspection commence n’est pas absolue, les lamelles ne sont pas numérotées. Du coup, il faut compter manuellement jusqu’à la dernière lamelle de la partie du moteur sous inspection.

Le but de ce projet est de proposer une solution informatique qui libère l’inspecteur des deux premières tâches, à savoir : la qualification des images et le comptage des lamelles afin qu’il puisse se concentrer sur la détection des défauts. Cette solution, à travers une interface graphique, indiquera à l’utilisateur si les images capturées sont de bonne qualité à travers des métriques calculées. Aussi, elle contiendra un compteur de lamelles automatique, affichant le nombre de lamelles qui passent sur l’écran en temps réel. Pour cela, plusieurs traitements sur les images acquises doivent être effectués.

L’automatisation de la qualification des images et du comptage des lamelles libère l’inspecteur de ces deux tâches et le laisse se concentrer sur la partie la plus importante du point de vue cognitif qui est la détection des défauts. Ceci permettra un gain de productivité et une plus grande assurance de la qualité de l’inspection pour Siemens Canada.


identifier: Ben Dahsen, Soufiene  (2021). Caractérisation de la propagation des anomalies dans un environnement conteneurisé via une approche bayésienne adaptative.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
conteneur
cluster
apprentissage bayésien
prédiction d’anomalie

abstract:
Une architecture basée sur des conteneurs est une approche prometteuse pour la construction et le déploiement de systèmes distribués. L’expansion en matière de complexité de ces infrastructures a compliqué le processus de surveillance.

En raison de la prolifération des objets et des mesures à suivre, la tâche de surveillance présente de sérieuses lacunes pour détecter une déviation de performance sur un seul conteneur et ses effets sur les autres conteneurs dépendants. Par conséquent, agir de manière prospective pendant la tâche de surveillance en prédisant l’état du système permet de contrôler les ressources du système et aide les outils d’orchestration à réagir de manière proactive en cas d’anomalies. En effet, la prédiction des anomalies est une option prometteuse pour aider à suivre le comportement anormal du système global.

Ce travail étudie une approche d’apprentissage bayésienne adaptée, qui se base sur des mesures de suivi des niveaux d’utilisation des ressources pour détecter et prédire la propagation d’un comportement anormal dans une architecture distribué composée de noeuds dans lesquels différentes applications conteneurisées sont déployées. Notre évaluation montre un taux de précision de prédiction prometteur.


identifier: Benzeguir, Zine El Abidine  (2021). Comportement des poutres en béton armé renforcées à l’effort tranchant à l’aide de matériaux composites : Effet d’échelle.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
poutre
béton armé
cisaillement
effet d’échelle
renforcement
polymère renforcé de fibres (PRF)

abstract: Les ponts en béton sont dans un état de dégradation avancé à cause de leur âge, les conditions environnementales sévères et l’augmentation des charges de service réglementaires. Le remplacement de ces structures imposantes nécessite des sommes colossales et une logistique incontournable. Compte tenu de ces conditions, dignes d’un chantier pharaonique, le renforcement de ces structures représente la solution parfaite pour prolonger leur durée de vie. L’utilisation des matériaux composites en polymères renforcés de fibres (PRF) est désormais l’une des techniques de renforcement éprouvée. Les avantages que procure cette technique font d’elle une meilleure alternative comparée au renforcement conventionnel avec de l’acier externe. Le comportement des poutres en béton armé (BA) à l’effort tranchant dépend de plusieurs mécanismes et paramètres complexes et interreliés dont, entre autres, l’effet d’échelle. Ce dernier a pour effet de réduire la contrainte de cisaillement à la rupture lorsque la taille des spécimens augmente. Il surgit au cours de la propagation des fissures dans le béton, régie par la mécanique de la rupture. Ce phénomène a été confirmé par plusieurs études expérimentales sur les poutres en BA conventionnel. Cependant, très peu d’études ont été consacrées aux poutres en BA renforcées au cisaillement à l’aide de PRF collé en surface. L’objectif principal de cette étude doctorale est de caractériser en profondeur, théoriquement et expérimentalement, l’influence de l’effet d’échelle dans les poutres en BA renforcées à l’aide de composites en PRF. L’évaluation de la fiabilité des modèles des normes et codes en vigueur est un autre objectif visé dans la présente recherche. La partie expérimentale consiste à mener deux programmes expérimentaux sur différentes tailles de poutres en BA de section en Té grandeur nature renforcées en cisaillement à l’aide de PRF collés en surface en considérant plusieurs paramètres d’études. La revue de la littérature et documentaire exhaustive a permis l’élaboration d’une base de données regroupant plus de 470 tests sur l’effet d’échelle en cisaillement, tous types de poutres en BA confondus. La base de données a révélé entre autres que seulement 6% des données sont associées aux poutres renforcées à l’aide de PRF. L’évaluation de la prédiction de la résistance a démontré que les normes en vigueur surestiment la résistance au cisaillement attribuée au PRF collé en surface pour un nombre considérable de spécimens. Les résultats expérimentaux ont révélé l’existence d’un effet d’échelle additionnel attribué au renfort en PRF. Cet effet tend à réduire aussi la ductilité des spécimens sans acier transversal. Ils ont également révélé une interaction entre l’acier transversal interne et le PRF externe ayant pour effet de réduire le gain en résistance dû au PRF. Par ailleurs, des paramètres d’influence majeure sur l’effet d’échelle ont été identifiés. Ces paramètres nécessitent de futures investigations d’envergure au moyen de programmes de recherches élaborés.


identifier: Bonhomme, Magali  (2021). Méthode d’évaluation des reconstructions 3D de colonne vertébrale, issues d’images radiographiques bi-planaires.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: réalité terrain

subject: intervalles de confiance

subject: méthode d’évaluation

abstract:
Les méthodes d’analyses d’images médicales permettent de réaliser des mesures sur des structures biologiques, directement ou par l’intermédiaire de détection des structures (segmentation et extraction d’objets 3D pour visualisation). Quel que soit le domaine d’application ou la modalité d’imagerie, de nombreux algorithmes automatiques sont développés pour améliorer la rapidité, la fiabilité et la précision de ces mesures. Il manque par ailleurs une standardisation des méthodes d’évaluations de cette fiabilité et de cette précision, encore plus lorsqu’il n’y a pas d’étalon or auquel se comparer. De plus, très souvent les objectifs cliniques derrière la tâche d’analyse d’image ne sont pas pris en compte pour l’évaluation de la performance. Lors de reconstructions 3D de colonne vertébrale pour l’évaluation de la gravité des scolioses par exemple, une erreur sur la mesure déterminant la décision de chirurgie du patient aura beaucoup plus d’impacts sur le patient qu’une erreur sur une mesure secondaire qui ne joue aucun rôle sur la décision chirurgicale. Dans les deux cas il existe des impacts pour le patient, mais avec une gravité différente qu’il faut être capable de discriminer pour mieux caractériser la performance de la méthode d’évaluation.

L’objectif de ce travail est de participer à améliorer les méthodes d’évaluations en l’absence d’étalon or en proposant une méthodologie de création de référence qui s’appuie sur l’expérience de terrain, et une méthodologie d’évaluation qui prenne en compte des critères cliniques qui permettent de nuancer les performances atteintes par une méthode automatique. La méthode d’évaluation propose d’inclure une méthodologie de production de référence à l’aide d’experts qui permet d’obtenir des intervalles de confiance de mesures plus fiables, en incluant des discussions entre les experts. La méthode d’évaluation inclut ces intervalles de confiance ainsi que de nouveaux critères cliniques inspirés des sociétés savantes liées à notre domaine d’application, l’analyse de la scoliose, et à notre modalité d’imagerie, les reconstructions 3D issues de radiographies bi-planaires avec le système EOS. La méthodologie mise en place est généralisable à d’autres domaines et d’autres modalités d’imagerie où les mêmes problématiques sont rencontrées.

Cette approche a été par la suite transférée à l’entreprise partenaire pour pouvoir conduire des évaluations sur les algorithmes automatiques de reconstructions 3D de colonne vertébrale pour les patients pédiatriques et les patients adultes présentant des déformations de la colonne.


identifier: Bouallegue, Chamseddine  (2021). DynPubSub: Architecture pair à pair pour les systèmes Pub/Sub orientés-sujets déployés à la périphérie des réseaux.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
internet des objets
pub/sub
pair à pair
edge computing
MQTT

abstract: L’internet des objets (IoT) s’intègre de plus en plus dans notre vie quotidienne avec le nombre élevé des appareils connectés partout dans le monde. Cependant, les appareils IoT sont contraints en termes de ressources computationnelles et réseautiques, notamment la bande passante. Ainsi les applications IoT se distinguent par leurs criticités concernant le temps de réponse, ce que nous appelons la latence, ceci d’un simple système météorologique intelligent à une application de chirurgie à distance qui exige 1ms de latence. Pour faire face à ce défi, les chercheurs essaient toujours d’optimiser l’infrastructure et l’architecture réseau de leurs applications, ainsi que les protocoles de communications implémentés. Dans ce contexte, nous proposons une nouvelle architecture pair à pair pour les systèmes pub/sub basés sur les topics déployés à la périphérie des réseaux qui permet d’équilibrer la charge de trafic des noeuds IoT afin de respecter leurs contraintes de bande passante et minimiser la moyenne de latence d’échange de données. Notre solution est compatible avec le protocole de communication MQTT et permet de réduire la moyenne des latences jusqu’à 5% par rapport à un serveur central local et jusqu’à 60% par rapport à un serveur central cloud dans un déploiement local, ainsi elle permet de réduire la moyenne des latences jusqu’à 44% par rapport à un serveur central cloud dans un déploiement national et permet de réduire la moyenne des latences jusqu’à 18% par rapport à un serveur central cloud dans un déploiement mondial.


identifier: Cyusa Mukama, Bruce  (2021). Segmentation d’images médicales semi-supervisée par curriculum via l’inférence des boîtes englobantes.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseaux neuronaux convolutifs (CNN)
segmentation d’images médicales
apprentissage par curriculum
boîtes englobantes inférées
a priori(s) et contraintes

abstract:
Cette recherche concerne les difficultés que pose la collection d’annotations, complètes et suffisantes, pour entrainer les réseaux de neurones en segmentation sémantique d’images médicales.

Nous adoptons l’axe de recherche qui consiste à exploiter les connaissances a priori de l’organe à segmenter, pour contraindre directement les segmentations prédites. Plus précisément, les images non annotées sont exploitées en utilisant des boîtes englobantes prédites par un réseau de neurones auxiliaire. Ces boîtes inférées sont ensuite utilisées pour imposer des contraintes directes sur la taille, la position globale ainsi que la topologie de l’organe, dans les segmentations prédites correspondantes.

Nous proposons une première évaluation des performances possibles, en utilisant un réseau de neurones auxiliaire entièrement convolutif pour l’inférence des boîtes englobantes. Les résultats de nos expérimentations sur deux jeux de données de petite taille montrent une augmentation des performances, de 0.3 à 4.4% (mesurée avec l’indice de Sørensen-Dice), par rapport à la supervision totale, lorsqu’on utilise le même nombre d’annotations.

Nous recommandons, entre autres, une étude qui remplace le modèle auxiliaire par une architecture de détection classique (RPN, SSD, etc.), afin de mieux cerner l’étendue des performances de cette stratégie.


identifier: Friaa, Balkiss  (2021). Une exploration conceptuelle et pratique de l’électro-vibration sur des vêtements et des objets intelligents.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
électro-vibration
dispositif portable
objet de tous les jours

abstract:
L’électro-vibration est une technologie qui vise l’amélioration des interfaces haptiques avec un retour tactile réaliste. Elle a été fréquemment utilisée pour fournir une plage variée de sensations tactiles aux doigts se déplaçant sur un écran tactile. Toutefois, elle ne semble pas être utilisée dans des dispositifs portables. De même, son utilisation est limitée dans les objets du quotidien permettant un retour tactile sur d’autres parties du corps.

Ce travail de recherche explore l’électro-vibration dans des dispositifs portables et des objets intelligents. Dans un premier temps, notre attention s’est portée sur les dispositifs portables et les vêtements électro-vibrants destinés à la stimulation de différentes parties du corps. Il convient de mentionner la fabrication de surfaces électro-vibrantes à partir de matériaux conducteurs flexibles, de textiles et de plaques capacitives découpées, ainsi que les idées d’applications intéressantes recueillies lors de brainstormings. Nos résultats préliminaires révèlent que la perception du stimulus électro-vibratoire varie en fonction des différentes parties du corps. En effet, les sensations tactiles générées étaient bien fortes sur la paume et le bout des doigts, et un peu moins importantes sur le poignet. Au niveau des cuisses, du cou et de l’avant-bras, les sensations étaient subtiles. Bien que les dispositifs portables et les vêtements électro-vibrant enrichissent l’expérience utilisateur et ouvrent de nouvelles voies d’interaction avec l’information, nos expérimentations dévoilent des défis considérables en termes de conception et de perception de la stimulation électro-vibratoire, qui est susceptible d’interférer avec d’autres sensations tactiles.

Dans un second temps, nous avons re-orienté notre attention vers la conception d’un objet du quotidien, en particulier un clavier électro-vibratoire stimulant la paume, qui permet, selon nos résultats préliminaires, la perception de riches sensations tactiles. Pour informer la conception de ce clavier, nous avons effectué une étude axée sur la comparaison de la perception du stimulus électro-vibratoire de deux régions de la main. Cette étude est menée à travers une expérience psychophysique qui compare les seuils absolus de détection de la paume et du bout du doigt. Les résultats révèlent que la perception des stimuli électro-vibratoires sur ces deux régions de la main ne diffère pas.

La paume constitue par conséquent un bon endroit à stimuler par électro-vibration, tout comme les bouts de doigts. La stimulation de cette zone de la main étend le champ d’application de l’électro-vibration et les objets dans lesquels elle s’inscrit.


identifier: Garraoui, Helmi  (2021). Annotation automatique des gestes dans des vidéos de personnes âgées durant des conversations spontanées.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
communication non verbale
vieillissement
annotation automatique
apprentissage profond

abstract:
L’étude des gestes de l’humain en général et les mouvements de la tête et des mains en particulier constitue une partie importante de la communication non verbale. C’est pour cette raison le nombre des études qui portent sur l’analyse des gestes ne cesse pas d’augmenter Parmi ces études on trouve celles qui concernent l’analyse des vidéos afin de reconnaître et interpréter des informations spécifiques dans une conversation à travers l'annotation des gestes. Annoter les mouvements de la tête et des mains peut être une tâche difficile dans le cas des personnes âgées, car les capacités motrices et sensorielles diminuent avec l'âge. Présentement, l’annotation des gestes dans les vidéos se fait d’une façon manuelle. Ceci présente plusieurs limites. Elle est fastidieuse et imprécise vue qu’elle est soumise à la variabilité des annotateurs. De même ce type d’annotation est couteux puisque il ne peut être réalisé que par des experts. De plus les conclusions tirées ne sont pas robustes étant donné que l’annotation manuelle est souvent appliquée à des petits échantillons. Dans ce travail de recherche, nous avons proposé deux approches automatiques pour annoter les mouvements des mains et les mouvements de la tête. Ces approches sont basées sur des techniques d’apprentissage profond à savoir, le CNN et le RNN. Nous avons recours à une vérité terrain réalisée par des experts afin de valider les approches proposées.

Dans un premier temps, nous avons proposé une approche pour annoter les mouvements de la tête. La méthode développée est inspirée des standards développés par des experts dans le domaine linguistique. Le problème d’annotation a été modélisé comme un exercice de classification. Chaque geste simple, composé d’un seul mouvement, constitue une classe alors que les gestes complexes, composés de plus d’un mouvement, sont classés dans une seule classe. Pour ce faire, nous avons implémenté une méthode basée sur la technique de MTCNN, cette technique a été utilisée pour détecter le visage. Puis le LSTM est appliqué pour prédire la classe de chaque mouvement.

Dans un second temps, nous avons proposé une approche pour automatiser les phases gestuelles des mains qui existent dans la littérature depuis les années quatre-vingt. Nous nous sommes basés sur des études antérieures utilisées dans la classification des phases gestuelles. La stratégie utilisée pour annoter automatiquement les phases gestuelles est similaire à celle proposée pour annoter les mouvements des mains. En effet, le problème d’annotation est considéré comme un problème de classification. Sur un plan technique, nous avons utilisé le MobileNet pour détecter les mains et le LSTM pour prédire la phase en question.

Les approches proposées nous ont permis de réduire le coût des annotations manuelles, de minimiser le temps de travail et de fournir une annotation plus scientifique en diminuant l'impact de la subjectivité causée par l'imprécision générée par une analyse visuelle des gestes dans une vidéo. Les résultats proposent deux axes de recherche à explorer.

Premièrement, le processus d’annotation automatique des comportements non verbaux dans les vidéos est possible. Deuxièmement, les algorithmes d’apprentissage profond peuvent identifier des caractéristiques qui ne correspondent pas totalement aux observations des experts. Cette particularité établit clairement un nouveau dialogue entre les chercheurs en intelligence artificielle, les chercheurs en linguistique et les chercheurs dans les domaines liés à la communication et au vieillissement, quant à l’interprétation des résultats et des caractéristiques à partir de vidéos


identifier: Hajabedi, Zohreh  (2021). Deep learning-based approach for illustration and diagram detection in large-scale datasets of historical document images.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
analyse d'image de document
images de documents historiques
détection d'illustration
détection de diagramme
classification d'image de document
deep learning
Jeu de données déséquilibré
augmentation

abstract:
Historical manuscripts contain precious information regarding human being’s cultures and knowledge in many different domains. These valuable resources need to be preserved, maintained and shared. To this end, nowadays, repositories of digitized documents have been created from these manuscripts and as a result, huge volumes of scanned document images are available. Retrieving information from extremely large digitized resources is the next concern. On the other hand, the diversity in structure and layout of these ancient manuscripts, as well as the deterioration that is usual in historical documents, make extracting information and analyzing them a challenging task that is unlikely to be done by human beings.

Besides text contents, historical documents also contain some typographical objects such as illustrations and diagrams which carry visual knowledge and support the document content by providing an abstract view of the concepts. These objects help to understand the text content more productively. Identifying these typographical objects gives us information regarding the structure of documents. Moreover, information about typographical objects would be beneficial in creating indexes and metadata for large repositories of digitized documents.

Due to the recent promising success of deep learning approaches in computer vision applications, in this thesis, a CNN-based approach has been used to detect illustrations and diagrams and classify the document images based on the presence of these typographical objects. The proposed model has been applied on large datasets of historical document images of ECCO and NAS. These two datasets contain over 32 Million and 500,000 ancient document images respectively.

Similarly to the other real-world applications, in our target datasets, we had access to only a restricted number of labelled data as training and test set. Furthermore, our training dataset is imbalanced and there is an unequal distribution of classes. To deal with these issues and also to alleviate the resulting overfitting, we have empowered our approach with regularization and augmentation techniques to improve the performance. The final model achieved promising results on the large datasets of ECCO and NAS.


identifier: Kanzali, Imen  (2021). Apprentissage par renforcement flou pour l’auto-adaptation des systèmes conteneurisés en périphérie de réseau.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
systèmes auto-adaptatifs
conteneurs
microservice
apprentissage par renforcement
la logique floue
réseaux de neurones
MAPE-K

abstract:
Un des aspects désirés d’une architecture de systèmes conteneurisés auto-adaptative est la nécessité de pouvoir surveiller en permanence l’environnement opérationnel, de détecter et d’observer les anomalies, et de fournir une politique raisonnable de mise à l’échelle, de récupération et de configuration automatique des ressources de traitement afin de répondre dynamiquement à un changement brutal de son environnement opérationnel.

Le comportement d’une architecture de microservices évolue constamment dans le temps, ce qui rend difficile l’utilisation d’un modèle statique pour planifier l’action d’exécution appropriée en cas de détection d’une anomalie.

Pour obtenir les excellents niveaux d’auto-adaptabilité voulus, cette recherche permet de réaliser un modèle d’architecture de microservices suivant le modèle MAPE-K. Notre solution propose une combinaison de l’apprentissage Q, de la logique floue et des réseaux de neurones pour sélectionner dynamiquement l’action d’adaptation qui apporte la plus grande récompense.

La présence d’apprentissage Q flou (FQL) permet d’apprendre et de modifier les règles d’adaptation floues au moment de l’exécution sans nécessité de connaissances préalables. L’implémentation de Réseau Q profond flou (FDQN) dans le contexte du processus d’adaptation améliore l’efficacité de l’adaptation et réduit les risques associés à l’adaptation, notamment la fluctuation des ressources.

L’expérimentation démontre la faisabilité et l’utilité de nos approches. De plus, les résultats montrent que les performances de FDQN sont meilleures que celles de FQL.


identifier: Kasaei, Shirin  (2021). Effect of vibration frequency mismatch on apparent tactile motion.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
haptique
mouvement tactile apparent
illusion
fréquence

abstract:
Vibrotactile feedback is increasingly common in our daily life. This growth in haptic feedback usage has produced a demand for higher quality feedback that improves users’ experience when they communicate with different devices. The experience of sophisticated haptic feedback could further improve when more than one haptic devices are used simultaneously. A combination of different haptic devices could for example make it possible to feel illusions such as apparent tactile motion and phantom tactile sensations. The apparent tactile motion illusion, in particular, allows the perception of a continuously moving stimulus when two or more non-moving stimuli are produced with specific timing and distance intervals. This illusion could for example create a sensation of flow between multiple haptic devices, such as between a smartwatch and a handheld controller. Questions arise, however, when the haptic devices used are not designed to operate together, as may be the case for commercial products. How does a mismatch in the resonant frequency of two actuators affect the detection of tactile illusions, and more specifically apparent tactile motion? Does this illusion break down as the frequency mismatch increases?

While perceptual illusions have been investigated for more than a century, most studies that investigate the influence of parameters on motion perception have assumed that the actuators used at two body locations are identical and therefore produced vibrations with the same amplitude and frequency. We ran two experiments to investigate the effect of mismatching vibratory frequency on the perception of apparent tactile motion. We asked participants to judge the tactile motion direction while the frequency was mismatched, the perceived intensity was normalized, and the distance between actuators and timing parameters were fixed. We simulated having actuators with different properties by changing the frequency and amplitude of the vibration pulses produced by a wide-band actuator. We varied frequencies in a range from 50 to 250 Hz and adjusted the amplitude to normalize the perceived intensity. The results suggest that the apparent tactile motion illusion is robust to mismatches in resonant frequency of actuators and that it can therefore be used with haptic devices manufactured with different specifications.


identifier: Labonté-Dupuis, Thierry  (2021). Influence des propriétés rhéologiques et des paramètres d’extrusion sur les structures créées par bio-impression 3D.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
bio-impression 3D
extrusion
bioencre de chitosane
récupération
contrainte d’écoulement
fidélité d’impression

abstract:
La bio-impression 3D par extrusion est un domaine en pleine expansion, pour lequel il faut optimiser les matériaux servant de « bioencre », qui sont généralement des hydrogels. L’objectif de cette maitrise est de proposer des méthodes rhéologiques permettant de comparer les hydrogels entre eux et de mieux prédire leur comportement lors de l’impression, Nous avons étudié 3 propriétés rhéologiques : la capacité de récupération (« recovery »), la contrainte d’écoulement et le caractère rhéofluidifiant. Ces propriétés ont été observées sur 3 formulations d’hydrogels à base de chitosane ainsi qu’une formulation à base d’alginate qui est déjà utilisée pour la bio-impression 3D et sert de contrôle positif.

Tout d’abord, l’effet des paramètres d’extrusion tels que le débit, la vitesse de déplacement de la buse, le diamètre d’extrusion et la hauteur d’extrusion sur la qualité des filaments extrudés ont été analysés sur une formulation. Tel qu’attendu, l’augmentation de la quantité de matière déposée par unité de distance (donc l’augmentation du débit ou la diminution de la vitesse de déplacement de la buse) augmente la largeur des filaments déposés. L’effet de la hauteur de déposition est moins évident, car ce paramètre doit être sélectionné en fonction des autres pour permettre l’extrusion de filaments minces, continus et uniformes.

Dans un deuxième temps, les données rhéologiques ont été mesurées et une étude de corrélation a été tentée avec les résultats d’impression, notamment la fidélité d’impression et la largeur des filaments. Contrairement à la littérature, le pourcentage de récupération n’est pas identifié comme étant un paramètre déterminant. Par contre, la viscosité pré-extrusion a une assez bonne corrélation inversement proportionnelle avec la largeur des filaments. L’hydrogel d’alginate-gélatine a donné les meilleurs résultats. Du côté des gels de chitosane, le manque de reproductibilité et la faible capacité à supporter plusieurs couches de gel pré-gélification affecte son potentiel.

Les résultats suggèrent que l’étude des propriétés rhéologiques peuvent aider à déterminer la capacité d’un gel à être utilisé pour la bio-impression par extrusion. Par contre, les tests doivent être modifiés pour permettre une meilleure analyse de gels thermosensibles tel que le chitosane et pour uniformiser les résultats.


identifier: Mohseni, Alireza  (2021). Path planning for mobile robots.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: Path planning for mobile robots

subject:
EMCOA
MCOA
planification de parcours
algorithmes évolutionnaires
Localisation Monte Carlo
filtres à particules

abstract:
In many industrial fields, mobile robots are widely used these days. Research on the mobile robot’s path planning is one of the most important aspects of improvements on the mobile robot field. A mobile robot’s path planning involves finding a collision-free trajectory, through the robot’s environment with obstacles, from a specified starting location to a desired destination while meeting certain optimization criteria. Despite much progress in the development of path planning methods in the field of mobile robots, the lack of a versatile path planner being able to handle the uncertainties or changes in the environment remains a significant problem: path planners still trap in local minima or are not able to satisfy optimization criteria when there are unmapped or moving objects in the environment. In this work, we used the YouBot from KUKA as a test platform. YouBot, an omnidirectional mobile robot from KUKA is intended for research and education.

This research is begun by few modifications, including a dynamic mutation operator, to the cuckoo optimization algorithm (COA) as MCOA in order to improve the performance of this algorithm aiming at deploying this method for the mobile robot application.

A comparative study of the problem of path planning using evolutionary algorithms is presented for a holonomic mobile robot compared to classical methods such as the A∗ algorithm. Gridbased mapping is used effectively to score paths so that collision-free trajectories can be determined from the initial position to the target position. This research takes into account the MCOA and genetic algorithm (GA) evolutionary algorithms as a global planner to discover the shortest safe path. Also, A new non-uniform motion coefficient is introduced for MCOA in order to increase the performance of this algorithm as EMCOA. This new motion coefficient try to make a trade-off between exploitation and exploration search capabilities of the algorithm pursuing for reaching an optimal solution without trapping in the local minimums. To validate the performance of the EMCOA algorithm, some experiments are conducted involving different scenarios of the environment configuration.

The present work also demonstrates the application of an approach to detect corrupted information in observed data as outliers or noise. This method is based on the information theory using a statistical ratio to find a threshold for a critical region which states whether outliers are detected or not. Then, a probability-based approach is adopted to eliminate outliers from observed data. To validate the performance of the proposed method, one experiment and a simulation are conducted. The experiment considers a path planning problem in a noisy environment which includes an static obstacle. This test demonstrated that the outlier-removal preprocessing step has effectively removed the outliers from observed data without detecting the obstacle as outliers.

To sum up, this thesis modifies, develops and contributes an algorithm and a method to improve the performance of both global and local planners in the robotic applications.


identifier: Moulins, Anthony  (2021). Fractography and crack propagation in functional crystals.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
propagation des fissures
fractographie
monocristaux
anisotropie
résistance mécanique
caractéristiques de rupture
semi-conducteurs
modélisation analytique

abstract: Failure in structural materials is generally well-known and documented with established standards. Unfortunately, for the case of functional crystals that are found in all our smart devices, failure remains poorly understood and studied although being a very common part of our daily lives. Conventional rupture often occurs catastrophically. The propagation of cracks is sudden and can often be disturbed by instabilities of physical nature, by the orientation of the crystal and/or mechanical stresses. The local stress intensity factor (SIF) is a preeminent element in the study of brittle functional crystals. The SIF changes when the topographic characteristics of the fracture surface are modified during propagation, for example when crystallographic facets are formed. At the time of failure, these singularities remain inscribed on the surfaces newly created and are often the only clues still visible and available to investigate the mechanical history of the crystal. Therefore, the study of SIF in correlation with fractographic traces is the most powerful indicator for understanding the fracture mechanics in the processes of rapid crack propagation. On the other hand, no standards exist for the evaluation of the mechanical failure of functional crystals where their study becomes more complex regarding their strongly anisotropic mechanical behavior. To date, there are very few studies to understand and assess the level of stresses in these materials when a failure occurs with a sufficient resolution, without homogenizing the anisotropic elastic properties. The project focuses on the analytical and experimental understanding of crack propagation in silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) single crystals as model semiconductor materials. The goal is the acquisition of fundamental knowledge in fractography to understand the morphology of fracture surfaces and relate them to the applied mechanical stresses. The project integrates the development of innovative methods and procedures for estimating the mechanical properties of GaAs and Si considering the intrinsic anisotropy of single crystals. This work includes the advanced analysis of the fracture surface of single crystals, which is generally found in micro-electromechanical systems (MEMS) whose properties and behaviors are often subject of debate as no established standard reference exists. The crack surfaces are analyzed to identify and characterize the topographic singularities of the experimentally overloaded samples. Preliminary sample preparation work, as well as mechanical testing at different scale lengths, is part of this study. Along with the experimental work, aspects of unstable crack propagation are studied with analytical modeling that includes dynamic instability, anisotropy, the study of stresses in the vicinity of a crack, and the evaluation of physical properties directly related to the release of strain energy in the crystal. The analytical modeling is validated by the experimental results to predict the behavior of functional crystals.


identifier: Naghashi, Mona  (2021). Packet error correction and recovery based on packet combination and cross-layer cooperation for efficient transmission control protocol communications.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
correction d’erreurs
protocole de contrôle de transmission
combinaison de paquets
contrôle de redondance cyclique (CRC)
correction d’erreurs basée sur le CRC
TCP

abstract:
For the last few decades, we have witnessed an ever-growing expansion of wireless networks and applications. Although these networks are subject to transmission errors, we manage to have reliable data delivery through the use of protocols such as the universally used Transmission Control Protocol (TCP). The latter uses retransmissions, when the received data is corrupted, to ensure reliable communications at the expense of an increase in transmission delays and overhead. To avoid these drawbacks, improved methods for error correction and packet recovery are needed.

Many approaches have been introduced to cope more efficiently with the vulnerability of wireless networks to transmission errors. But they all come with specific advantages and disadvantages. The Partial Packet Recovery (PPR) is and among the most widespread and promising ones. It utilizes the partially received packets to recover the erroneous packet and thus attempts to avoid retransmissions as much as possible.

In this thesis, we aim at correcting and recovering corrupted packets at the receiver instead of ignoring them and asking for retransmissions. Accordingly, we introduce three methods at the receiver’s side : Majority Voting with Checksum Validation (MVCV), Dissimilarity-based Enumeration Packet Recovery with Checksum Validation (DEPRCV), and Cross-Layer Packet Recovery (CLPR). They all attempt to reconstruct the error-free packets relying on one or several erroneously received copies. MVCV relies on the majority of bit value occurrences among received packets at each bit position. DEPRCV identifies bit positions where different values are observed within each received packet and constructs a list of possible error-free packets. In both methods, the candidate reconstructed packets are validated with the Transmission Control Protocol (TCP) checksum. Finally, CLPR combines a recently proposed CRC-based Error Correction (CRC-EC) method with DEPRCV and MVCV. A key benefit of these methods is that it doesn’t require any change to TCP, i.e., compatible with TCP, and can be easily implemented in a client.

Simulation results show the superiority of the proposed methods in terms of the number of retransmissions and transmission delay when compared to TCP and CRC-based Error Correction (CRC-EC). They also improve effective network throughput and energy efficiency. For instance, at a Bit Error Rate (BER) of 0.0001, TCP and CRC-EC both require 3 retransmissions to deliver reliably 99.9% of the packets while MVCV, DEPRCV and CLPR require 2, 2, and 1 retransmissions, respectively, in order to reach the same 99.9% reliability level. For a higher BER of 0.001, for the reliable delivery of 99.9% of the packets, TCP and CRC-EC require at least 20 and 8 retransmissions, respectively, while MVCV, DEPRCV and CLPR require 3, 1, and 1 retransmissions.


identifier: Ounifi, Hibat Allah  (2021). Modélisation, analyse et prédiction de l’efficacité énergétique des centres de données.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
centre de données
métamodèle
efficacité énergétique
PUE
prédiction

abstract:
Les applications et les technologies rendues disponibles par divers concepts et paradigmes du d’infonuagique et de l'Internet des objets, ainsi que leur combinaison, ont conduit à des volumes croissants de données à traiter, stocker et échanger. Ceci, à son tour, a conduit à un besoin croissant de centres de données (DC). Avec l'expansion rapide des DCs, de nombreux problèmes apparaissent et la consommation d'énergie élevée en est le premier. En outre, les tendances à l'augmentation de la capacité des DCs et de la consommation d'énergie par les équipements informatiques, réaffirment la nécessité de vérifier et de maintenir l'efficacité énergétique des DCs. En conséquence, les centres de données font partie des environnements les plus complexes et les plus gourmands en énergie en raison des charges internes élevées, des paramètres requis pour le maintien de basse température et d'humidité et du fonctionnement continu dans ce type d'environnements.

Les DCs sont des systèmes complexes et leur conception est une tâche d'ingénierie difficile en raison de la complexité des sous-systèmes qui le composent, ainsi que des diverses interactions et dépendances entre ces derniers. Dans ce cadre, un métamodèle DCMM (Data Center MetaModel) est proposé qui présente les différents sous-systèmes constituant l'infrastructure physique et informatique, leurs interconnexions et la structure hétérogène du DC, les principales caractéristiques, et ses différentes contraintes. Ce métamodèle est utilisé comme base pour donner une redéfinition précise et générique du PUE (Indicateur d'efficacité énergétique). Ensuite, nous analysons le comportement d'un modèle basé sur l'apprentissage automatique en profondeur pour prédire la métrique d'efficacité énergétique du centre de données (PUE). Une analyse sensible permet de fixer les paramètres clés et d'évaluer les actions de divers sous-systèmes du centre de données sur la variation du PUE.

Nous implémentons trois modèles d'apprentissage automatique en profondeur: 1) le modèle DNN avec l'algorithme propagation résilient, comme algorithme d'entraînement, 2) le modèle LSTM basé sur la technique d'attention et 3) le modèle de référence Google MLP pour fin de comparaison. L'étude comparative est basée sur trois métriques: l'erreur quadratique moyenne (RMSE), l'erreur absolue moyenne (MAE) et le coefficient de corrélation R-carré (R2).

La validation de l'approche proposée se fait à travers des expérimentations avec des ensembles de données réels issus de deux études de cas réels. Les résultats obtenus de cette expérimentation indiquent que notre modèle basé sur l'attention LSTM proposé améliore la PUE, et par conséquent, montre sa promesse pour une mise en oeuvre pratique.


identifier: Sharma, Manish  (2021). Design and optical characterization of specialty optical fibers for the stable transmission of vector-vortex beams.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
optical vortex
orbital angular momentum beam
annular - core photonic crystal fiber
radially anisotropic ring fiber
cylindrical vector beams

abstract:
In recent years, significant research has been dedicated towards exploring complex structured light beams such as optical vortices, a class of light beams that demonstrate doughnut shape intensity profiles and characterized by dark central hole, formed either due to phase singularities (known as orbital angular momentum (OAM) beams) or polarization singularities (cylindrical vector beams (CVBs)). Owning to such unique optical properties, vortex beams have demonstrated promising advances in numerous applications such as: quantum optics, optical microscopy, particle manipulation, sensing, optical trapping, and space division multiplexing. For example, vortex beams (with doughnut shaped intensity profile) are well-established in applications related to stimulated emission depletion (STED) super resolution microscopy, where annular beams enable breaching the diffraction limit. Another application is associated to using optical vortices in unique light-matter interactions (with possible applications in molecular spectroscopy), which could lead to new physical phenomenon not observable with conventional Gaussian beams.

These captivating applications of vortex beams have inspired more research work in probing these beams in both free space and guided fiber optics. Moreover, further innovation in currently existing technology is vital in order to realize the high purity generation and stable transmission of these exotic beams. Consequently, researchers and engineers have been on the forefront to explore different generation techniques such as: spiral phase plate, spatial light modulator (SLM), and nanostructured metamaterials, to name few. In parallel, numerous novel fiber designs have been proposed and developed towards the stable transmission of optical vortex. This thesis examines specific designs, optimization and characterization of optical fibers tailored for the propagation of optical vortex beams. The principal objective is to develop an optical fiber suitable for the stable transmission of optical vortex, which maintains high mode purity.

In this thesis, we propose a novel fiber design that demonstrates a new guiding regime termed endlessly mono-radial, where the fiber supports only guided modes of the fundamental radial order over a very large wavelength range. The latter property is important for the stable and broadband transmission of mono-radial CV and OAM beams. A finite element method (FEM) based model was developed for studying ring shaped (i.e. annular) core photonic crystal fiber. Moreover a systematic parameter investigation allows one to find new guiding regimes and evaluate fiber properties desirable for vortex beams. The simulation results are compared with a theoretical analytical model based on the exact solution of Helmholtz equation. This is followed by a demonstration of numerical simulation for nonlinear supercontinuum generation of vortex beams using 835 nm femtosecond pulse laser employing optimized fiber design parameters. In the second part of thesis, fiber theoretical designed and simulated in first part, is later fabricated and experimentally characterized for transmission of optical vortex, which displays higher mode stability and purity in fiber. In this experiment, OAM and CV beams are generated using S-plate (commercially available spiral phase plate) in free space and launched in fabricated fiber for analyzing mode purity and stability upon propagating through the fiber. This experimental characterization allows a deeper understanding of the CV and OAM beams transmission in fiber. In the last part of thesis, we proposed a radically new design: the radially anisotropic ring-core fiber for novel guiding characteristic. We show that the proposed fiber could in principle allow the stable co-propagation (with lower intermodal coupling) of different kind of OAM beams formed by the superposition of both the radially (TE) and azimuthally (TM) polarized modes, and coherent combination of hybrid (HE / EH) modes. This feat is possible because the proposed fiber enables to bridge the non-degeneracy of the TE and TM modes, without affecting the degeneracy of hybrid (HE / EH) modes. In addition to this, this fiber design could unlock further unconventional waveguiding regime, where either the doughnut-shaped radially or azimuthally polarized mode becomes the fundamental mode of the fiber in place of usual Gaussian-like HE11 mode. We hope that these findings will help in further development of next generation optical sensing and communication systems.


identifier: Strzelczak, Marta  (2021). Development of a shoulder musculoskeletal model to assess the impact of scapular morphology on glenohumeral biomechanics.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

abstract:
Many theories, which aim to explain pathomechanisms of glenohumeral joint disorders, focus on unfavorable scapula morphology. In silico methods, such as musculoskeletal modeling, give an opportunity to better understand underling pathomechanism. In silico methods do not require invasive procedures and expensive cadaveric specimens. However, before applying the model to a research problem, the researcher must ensure that the model is able to give the correct answer. The purpose of this doctoral thesis was hence in the first phase to find and evaluate an approach for the deltoid muscle wrapping, which represents physiological behavior in full-range of GHJ motion. The purpose of the second phase is to assess the variability of the morphological measurement called the critical shoulder angle (CSA) on the biomechanics of the glenohumeral joint after NC-TSA and potential glenoid component loosening.

In the first phase, the advancement in the development of the large-scale musculoskeletal model of NC total shoulder arthroplasty was demonstrated Improvement was made in the geometrical representation of the deltoid muscle. Two distanced approaches had been proposed and evaluated, namely 2D-mesh model and multi-ellipsoid wrapping model. The changes allows to study the impact of the scapula morphology on the glenohumeral joint biomechanics

The second phase demonstrates the feasibility of the above model to be used in clinical application. The presented study aimed to evaluate the impact of the morphological variability of the scapula, and more specifically the morphological parameter called the critical shoulder angle, as a potential risk factor in glenoid component loosening.


identifier: Yao, Atchan Daniel  (2021). Analyse statistique des défauts trouvés dans les joints soudés multicouches utilisés dans la fabrication de turbines hydroélectriques.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
valeurs extrêmes
matériau de soudure
niveau de retour
période de retour

abstract:
L’évaluation de la résistance à la fatigue du matériau de soudure dans les roues de turbine hydroélectrique se pratique sur des éprouvettes. La question de savoir si les joints de soudure et les éprouvettes utilisées pour les tests peuvent présenter approximativement des résistances similaires en fatigue se pose, vu que les procédés sont différents. Le joint résulte d’un soudage multicouche avec un apport de métal 410NiMo. Les éprouvettes sont usinées à partir d’un brut du métal de soudure déposé en plusieurs couches sur un substrat.

Ce mémoire suggère une méthode pour comparer les matériaux de ces deux procédés, dans une perspective de vérifier si les deux traitements ont des qualités similaires. La méthode proposée se base sur les meilleurs modèles d’approximation des tailles de défauts extrêmes trouvés dans les matériaux.

Une méthodologie expérimentale par l’imagerie à rayons X pour chaque cas a été mise en oeuvre pour investiguer et quantifier les défauts. L’analyse d’images 2D de radiographie des tranches a servi pour quantifier les défauts dans le matériau du joint en T, à cause du fait que ces dimensions sont relativement grandes et que sa forme comporte des arêtes vives compliquant l’analyse 3D. Pour les éprouvettes de fatigue de forme cylindrique, la tomographie a produit des images 3D des spécimens qui ont été projetées en images 2D pour la quantification des défauts.

L’analyse statistique des valeurs de la racine carrée des surfaces projetées des pores collectées s’est basée sur la théorie des valeurs extrêmes. Des modèles de distributions des valeurs extrêmes généralisées et de Pareto généralisée ont conjointement été explorées. Trois critères ont permis de sélectionner un modèle pour simuler les valeurs extrêmes dans chaque cas. Le modèle gagnant devrait être validé par les tests statistiques de Kolmogorov-Smirnov et d’Anderson-Darling, et jugé performant par les calculs de la racine carré des erreurs quadratiques moyennes et du coefficient de détermination. Puis, celui-ci devra réaliser une très bonne approximation des valeurs expérimentales les plus extrêmes et enfin minimiser les intervalles de confiance des prédictions. Les modèles GPD à seuil élevé à 91 % des données pour le joint en T et GPD à 88,1 % pour les éprouvettes de fatigue ont été retenus.

La principale conclusion de cette étude est que les deux procédés pourraient statiquement être proches en considérant la taille des gros pores lorsque le volume de matériau de soudure est inférieur à 200 μm. La différence serait cependant plus significative pour des volumes plus grands.


identifier: Ben Sassi, Oumaima  (2022). Planification intégrée de l’approvisionnement de matériaux et de l’ordonnancement de plusieurs projets de construction.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: commande de matériaux

subject: ordonnancement de projet

subject: projet de construction

subject: intégration

subject: modèle d'optimisation

subject: programmation en nombres entiers mixtes

abstract: La planification intégrée de l'ordonnancement du projet et de la commande des matériaux (PSMO) pour plusieurs projets de construction peut fournir une meilleure coordination entre les différents membres de la chaîne d'approvisionnement de la construction (CSC), ce qui mène à la réduction du coût total de l'ensemble de la chaîne. Ce projet aborde donc le problème PSMO pour une chaîne d’approvisionnement à deux échelons, composée d'un fabricant de produits préfabriqués, d'un entrepôt et de plusieurs sites de construction où plusieurs projets de construction indépendants sont planifiés. Par conséquent, nous avons développé un modèle de programmation linéaire en nombres entiers mixtes visant à déterminer le calendrier du projet ainsi que le plan et la quantité de commandes des matériaux, tout en minimisant les coûts globaux liés au fabricant, à l'entrepôt et aux sites de construction. La fonction objectif comprend le coût de fabrication, le coût de commande, le coût de transport, le coût de possession des stocks, le coût des activités et le coût de la pénalité ou de la récompense due à l'achèvement précoce ou tardif du projet. La durée des activités du projet est traitée comme une variable de décision qui peut être soumise à une compression. Le modèle a été mis en oeuvre en utilisant Pyomo, un langage de modélisation d'optimisation basé sur Python. Ensuite, l'applicabilité et l'efficacité du modèle proposé sont testées à travers une instance numérique pour démontrer les avantages de l'intégration de la CSC. Le modèle appartient aux problèmes NP-difficiles; ainsi, une procédure de décomposition a été suggérée pour servir de méthodologie de résolution aux problèmes de grande taille. Ensuite, certaines modifications du modèle ont été envisagées pour se rapprocher de la solution optimale. Des limites ainsi que des directions pour les recherches futures concernant ce problème ont été fournies.


identifier: Boudane, Massiva  (2022). Amélioration des performances des systèmes de fabrication circulaire dans le paradigme de l’industrie 4.0 en contexte de chaîne d’approvisionnement en boucle fermée.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: ré-usinage

subject: produit en fin de vie

subject: fabrication circulaire

subject: émissions de GES

abstract:
L'économie des énergies non renouvelables ainsi que la réduction des émissions dans l'environnement sont deux objectifs cruciaux de la production industrielle. La valorisation des produits post-consommation conjuguée à la numérisation de l'industrie semble s'inscrire dans un contexte dans lequel nous optimisons ces objectifs. Cette valorisation maximise l'utilisation des ressources issues des produits en fin de vie dans une logique circulaire tout en réduisant l'empreinte environnementale. C'est ce qu'on appelle la fabrication circulaire (FC).

Cette étude envisage une FC adaptée au besoin et à l'urgence de réduire les émissions de gaz à effet de serre marquées par le réchauffement climatique. Le modèle présenté vise à optimiser les profits de cette fabrication tout en minimisant les coûts opérationnels (collecte, tri, recyclage), le transport, les émissions de GES et le ré-usinage. L'objectif est de trouver un compromis entre les gains de la FC et les coûts qui lui sont associés.

La robustesse du modèle conçu est testée à trois reprises (cas de la récupération du papier carton, cas de l’intégration des antennes relais dans les villes intelligentes et cas de la récupération dans le contexte de la pandémie Covid-19). Ainsi, une analyse de sensibilité est effectuée pour démontrer l'impact du coût d'émission (ou coût vert) sur l'objectif global en tenant compte des deux options offertes actuellement aux industries (la taxes carbone ou l’achat de quota). Les résultats obtenus suggèrent que les entreprises prennent en compte l'aspect écologique et intègrent le développement durable dans leurs axes stratégiques pour leurs chaînes logistiques d'approvisionnement.

Une seconde analyse de sensibilité étudie l’impact de l’augmentation de la consommation énergétique sur l’objectif global. La réduction de la consommation d’énergie paraît une bonne stratégie pour limiter à la fois l’impact environnemental (gaspillage des ressources non renouvelables) et économique (baisse des coûts totaux). Les résultats de cette analyse poussent les preneurs de décisions à envisager l’aspect durable dans leur choix d’outils technologiques de surveillance et de production. Enfin, une conclusion générale est présentée pour clôturer l’études et ouvrir des portes à des perspectives de recherches dans le futur.


identifier: García Cano Castillo, Eric Ulises  (2022). Modèle d’amélioration des transcriptions automatiques des narrations de patients dans le contexte restreint des tâches de description d’images.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
reconnaissance automatique de la parole
détection d'erreurs ASR
correction d'erreurs ASR
voix vieillissante
adulte âgé
langue française

abstract:
La reconnaissance automatique de la parole (ASR, selon son acronyme anglais) est une technologie largement utilisée dans la vie quotidienne, mais qui n'est pas complètement résolue. Les systèmes ASR sont toujours sujets à des erreurs, surtout lorsqu'ils sont confrontés à des conditions non standard, différentes de celles utilisées pour les entraîner. Cette technologie est particulièrement mise à l'épreuve lorsqu'elle est utilisée avec la parole de nonanglophones et de personnes âgées. Dans le domaine de l'étude des maladies neurodégénératives, on sait que les troubles du langage apparaissent à des stades précoces de la maladie et que l'analyse du discours narratif des patients permet d'obtenir un diagnostic opportun. L'analyse manuelle, telle qu'elle est réalisée jusqu'à présent, est coûteuse en termes de temps et de ressources. La reconnaissance automatique de la parole pourrait donc rendre le processus plus efficace. Cependant, les taux d'erreur élevés de ces systèmes les empêchent d'être largement utilisés dans la science et la recherche.

Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode de postédition de détection et de correction des erreurs pour un système ASR qui génère des transcriptions automatiques de la parole d'adultes et de personnes âgées francophones décrivant une image.

Au moyen de techniques de traitement du langage naturel, nous extrayons le vocabulaire le plus courant des transcriptions manuelles correctes pour construire un dictionnaire de correction phonémisé ; ensuite, nous extrayons des phrases hors contexte des transcriptions automatiques, qui sont ensuite comparées par une recherche phonétique floue avec le dictionnaire de correction, pour trouver et appliquer les meilleures corrections. Les résultats expérimentaux montrent une précision de détection des erreurs de 80 % et notre meilleur modèle permet une amélioration moyenne du WER de 1,9 %, avec des valeurs allant de 0,6 % à 6,4 %.


identifier: Lalonde, Timothé  (2022). Développement d’un modèle calibré pour la simulation énergétique de serres et analyse des résultats à l’aide d’indicateurs de performance.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
agriculture en environnement contrôlé
serres
simulation thermique dynamique
modélisation énergétique
calibration
TRNSYS

abstract:
En contexte québécois, la productivité des cultures en serre est limitée par l’ensoleillement et par les températures froides hivernales. La compétitivité des cultures québécoises par rapport aux importations provenant de pays où les conditions climatiques sont plus clémentes est une barrière à l’autonomie alimentaire de la société québécoise. La consommation énergétique associée au maintien des conditions de croissance optimales par les systèmes de chauffages et l’éclairage artificiel impacte particulièrement la compétitivité des cultures en serre au Québec. Le développement de modèles énergétiques de serres dans des outils de simulation thermique dynamique permet d’étudier le profil thermique des serres et d’évaluer les opportunités qui permettraient d’améliorer la performance énergétique de celles-ci.

L’objectif de ce mémoire est de développer une approche de modélisation et de calibration de serre en contexte québécois ainsi que de démontrer l’importance de l’utilisation d’indicateurs de performance appropriés pour l’analyse des résultats de ces simulations en fonction du contexte. Pour ce faire, un modèle représentant une serre en arche gothique existante a été développé sur l’outil de simulation thermique dynamique TRNSYS. Les résultats de la simulation de ce modèle de serre ont été calibrés en les comparant avec des données mesurées dans la serre pour la température et l’humidité de l’air ainsi que le rayonnement solaire. Des erreurs quadratiques moyennes de 1,83°C (R2 = 0,95), 7,78% (R2 = 0,76) et 60,63 μmol.s-1.m- 2 (R2 = 0,89) ont été obtenues pour la température et l’humidité de l’air intérieur, ainsi que le rayonnement photo actif à la canopée, respectivement. Ces résultats indiquent que le modèle présente une concordance adéquate entre les données mesurées et simulées. Cette conclusion est tirée en comparant ces résultats à des valeurs de références trouvées dans la littérature pour ces indicateurs statistiques dans le contexte d’une serre non-chauffée.

Cette approche de modélisation est ensuite utilisée afin de comparer les conditions de croissances dans une serre à arche gothique et dans une serre chinoise partiellement enterrée localisées à Lemieux (46,3°N 72,1°O). Les conditions de croissance sont évaluées en utilisant des indicateurs de performance appropriés au contexte d’une serre non chauffée. La durée de la saison de croissance thermique est 22 jours plus longue et les degrés-jours de croissances pour la laitue sont plus élevés dans la serre chinoise que dans la serre à arche gothique. L’éclairage naturel à la canopée est similaire dans les deux serres. En revanche, les deux serres modélisées ne disposent pas d’une capacité de ventilation suffisante pour contrer la surchauffe de la serre en été. Ceci se traduit par un indice de surchauffe élevé de 142 h et 244 h dans la serre à arche gothique et dans la serre chinoise, respectivement. La fréquence des évènements de surchauffe de la serre est plus élevée dans la serre chinoise, ce qui affecte à la baisse l’indice photo-thermique pour la laitue. Ceci indique que la productivité annuelle serait moindre dans cette serre malgré les températures plus chaudes qui y sont enregistrées.

Un modèle a ensuite été réalisé pour étudier la consommation énergétique et les émissions de gaz à effet de serre (GES) de deux systèmes différents pour chauffer une serre à arche gothique située à Baie-Comeau (49,2°N 68,2°O). Les deux systèmes de chauffage comparés sont : un aérotherme au propane conventionnel et un système plus innovant pour la récupération de la chaleur fatale d’un centre de données. Le système de récupération de la chaleur permet de réduire les émissions de GES de 91% en contexte énergétique québécois. De plus, celui-ci consomme 66% moins d’énergie que l’aérotherme au propane toute source d’énergie confondue. L’appel de puissance électrique maximal du système de récupération de la chaleur fatale du centre de données est de 36,8 kW. L’éclairage artificiel de la serre à l’aide de lampes à décharge de sodium haute pression est requis pour maintenir un éclairage journalier minimal pour la culture de la laitue. Celui-ci consommerait 23 000 kWh d’électricité annuellement, soit 21,7% de la consommation énergétique annuelle de la serre équipée du système de récupération de chaleur dans le contexte de Baie-Comeau et cause un appel de puissance électrique supplémentaire de 30,9 kW.


identifier: Polyakov, Konstantin  (2022). Techniques avancées de traitement de signaux d’émissions acoustiques pour améliorer la détection de défauts dans des vaisseaux sous pression.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
contrôle non destructif
émission acoustique
traitement de signal
filtration de bruit

abstract:
Le contrôle par émissions acoustiques est une méthode d’inspection bien connue et polyvalente pour la surveillance de l’état de la structure et l’évaluation non destructive de plusieurs types d’équipement de l’industrie pétrochimique, tels que les vaisseaux sous pression, les tuyaux et les réservoirs de stockage. La sensibilité et la fiabilité de la méthode sont affectées par des signaux parasites (bruits de fond) provenant du processus technologique ou de l’environnement.

Ce projet concerne l’étude de l’état de développement de la méthode et des avancements liés au traitement des signaux correspondants. L’objectif étant d’améliorer la qualité et la fiabilité de ces contrôles dans des conditions industrielles de même que l’évaluation et la comparaison de l’efficacité de quatre techniques de filtration.

Les travaux expérimentaux avaient pour but d’enregistrer des signaux d’émission acoustique en présence de bruit du fond naturel. Le banc d’essai est composé d’un système de tuyaux de diamètres allant jusqu’à 6 pouces avec un système qui contrôle la circulation d’un liquide. Le frottement, qui est un autre type de source de bruit, a été créé avec l’application de disque abrasif tournant. Durant les essais, dix signaux provenant d’une source Hsu-Neilsen ont été enregistrés au travers des deux types de bruit de fond mentionnés précédemment.

L’acquisition de signaux a été effectuée avec un capteur piézoélectrique, un préamplificateur et un oscilloscope connecté à un ordinateur. Grâce à une application logicielle maison, ces signaux sans seuillage ont ensuite été enregistrés dans des fichiers pour traitements numériques ultérieurs.

Le traitement des signaux a été effectué grâce à un logiciel comprenant différentes techniques de filtration : des filtres adaptatifs à réponse impulsionnelle finie (FIR) basés sur l’algorithme des moindres carrés récursifs (RLS) ou l’algorithme des moindres carrés moyens (LMS), un filtre variant dans le temps (TVF) basé sur la transformation de Gabor et un filtre par seuillage des ondelettes. L’efficacité de ces techniques de filtration a été évaluée en termes du temps de calcul, du taux de détection des impulsions générés et du rapport signal sur bruit du signal filtré.


identifier: Megoze Pongha, Patrick  (2022). Optimisation des performances des systèmes de manufacturiers en contexte de chaîne d'approvisionnement en boucle fermée.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
processus stochastique
détérioration
maintenance
qualité
plan d’échantillonnage
logistique inverse

abstract:
La rareté des matières premières, les contraintes environnementales et la mondialisation des marchés poussent les entreprises d’une part à intégrer la réutilisation dans leurs chaînes d’approvisionnement, d’autre part à améliorer la qualité de leurs produits. Ce contexte force les entreprises à se pencher sur le problème d’amélioration de leur système de production en y intégrant des aspects de réutilisation et de contrôle qualité. Ainsi, l’objectif principal de ce travail est de développer des politiques optimales conjointes de production, de réutilisation, de maintenance et de contrôle qualité des systèmes de production hybride.

La détérioration des machines et la qualité des produits sont toutes des nouveaux facteurs incertains pris en compte dans ce travail. Il est donc question à l’issu de cette étude d’atteindre les objectifs suivants : mettre au point une structure de production hybride, élaborer des stratégies de production, déterminer la politique de maintenance et enfin proposer une politique d’inspection qualité des produits. Pour atteindre tous ces objectifs, nous avons divisé le problème principal en 3 sous-problèmes présentés en trois parties comme suit :

La première partie mène une étude d’optimisation d’un système de production constitué d’une unité de production non fiable, qui se dégrade avec le temps. Cette dégradation affecte la qualité des produits. L’objectif de cette partie consiste à proposer des stratégies de production, de maintenance et de contrôle qualité dans le but d’améliorer la qualité des produits et réduire le coût total. Pour atteindre ce but, nous avons utilisé une approche de programmation dynamique stochastique pour développer les conditions d’optimum de type Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB). Par la suite, nous avons simulé une application pratique dans une entreprise Québécoise spécialisée dans la production des pompes à incendie. Cette application nous a permis de proposer de nouvelles politiques de production, maintenance et de contrôle qualité des produits. D’autres entreprises pourront implémenter les politiques proposées. Cependant, dans cette partie, l’influence du taux de production sur la dégradation de la machine n’est pas prise en compte.

Dans la deuxième partie, le taux de production est intégré et l’option de l’ajout d’une seconde machine tel que développée dans kouedeu et Al. (2015) est adoptée. Le système reste non fiable et produit le même type de pièces. Le problème a été modélisé et une approche de programmation dynamique stochastique permet de développer les conditions d’optimum de type HJB. Les résultats obtenus ont permis de proposer des politiques de production, de maintenance et de contrôle qualité. Bien que les résultats obtenus dans les parties 1 et 2 soient très satisfaisants, ils ne répondent pas aux défis auxquels font face les entreprises qui réutilisent les produits en fin de vie.

De ce fait, la troisième partie de ce travail intègre la logistique inverse. La seconde machine s’approvisionnera en produits en fin de vie. Cette partie nous permet de traiter d'un problème de commande optimale pour un système hybride (en boucle fermé). Tous les facteurs aléatoires tels que : les pannes, les réparations et la dégradation des machines sont pris en compte. Une approche de programmation dynamique stochastique permettra de développer les conditions d’optimum de type HJB. Les résultats permettront de développer des politiques optimales conjointes de production, de réutilisation, de maintenance et de contrôle qualité des produits fabriqués et des produits remis à neuf.


identifier: Capotosto, Luigi  (2022). Development of an integrated platform for pavement rehabilitation design optimization.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système de gestion des chaussées
diagnostics de dégradations
entretien routier
réhabilitation de la chaussée
détresse de la chaussée

abstract:
This thesis develops an integrated and efficient approach to evaluate pavement surface distress and riding comfort on road sections of a municipal network in order to determine the most likely cause of deterioration, suggest relevant tests to confirm the diagnosis and determine the most appropriate interventions on technical and economic grounds.

The thesis then applies that framework to the evaluation of the road network of the City of Chateauguay. All the distress present on the surface of all the road network are assessed alongside the riding comfort. The preliminary diagnosis regarding the most likely cause of deterioration associated to every road section is provided, followed by the relevant tests to perform to confirm the preliminary diagnosis for all the road sections of the network. The determination of the most relevant type of intervention is also provided from three main options depending on the cause of failure. A preliminary structural design is also provided to address highly trafficked roads for every type of subgrade.

A detailed cost evaluation of every intervention option is provided, taking into account materials and site execution processes. User cost savings are projected over the life of the pavement based on projected routine and periodic maintenance needs established by the Ministry of Transport of Quebec. The estimated internal rate of return is provided for every candidate section, based on its roughness, distress condition, traffic levels, maintenance projections and cost of materials.


identifier: Ignoumba-Ignoumba, Ndembi  (2022). Synthèse par évaporation thermique de couches minces de pérovskites sans plomb pour les cellules solaires tandem pérovskites/silicium.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
pérovskites sans plomb
évaporation thermique
stabilité
morphologie de surface
cristallinité
bandes d’énergies
absorption
mobilité

abstract: Dans le contexte énergétique et climatique actuel, l’utilisation de l’énergie solaire pour l’industrie photovoltaïque représente une solution viable et durable. Toutefois, les cellules solaires les plus commercialisées souffrent de grandes pertes en efficacité dues à des limites théoriques. Actuellement, une des solutions les plus étudiées sont les cellules tandem pérovskites/silicium. Bien qu’elles aient fait leurs preuves en termes d’efficacités, ses cellules souffrent d’instabilité lorsqu’exposées aux conditions ambiantes ou à la lumière. De plus, elles possèdent une concentration non négligeable en complexe de plomb hautement soluble dans l’eau, ce qui nuit grandement à leur commercialisation. Dans ce mémoire, nous proposons donc d’utiliser la méthode de synthèse de couches minces par évaporation thermique séquentielle afin de contrôler précisément l’épaisseur, la cristallinité, l’absorption, les bandes d’énergies, la morphologie et la mobilité des couches de type AgxBiyIx+3y. Nous avons aussi fait la preuve que les couches d’iodure de bismuth d’argent sont stables dans les conditions ambiantes de recuit en fonction du mode d’évaporation. Ainsi, ce mémoire constitue les premiers pas vers la fabrication d’une cellule tandem pérovskite sans plomb/silicium performante et stable.


identifier: Le, Thanh Dat  (2022). Resource allocation in the next generation of wireless networks: vehicular and energy harvesting systems.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: récupération d’énergie

subject: transfert de puissance des ondes lumineuses

subject: CSI feedback

subject: allocation de ressources

subject: réseaux véhiculaires

subject: systèmes V2I

subject: contrôle d’accès au spectre

subject: processus décisionnel de Markov (MDP)

subject: réseau radio cognitif véhiculaire

subject: systèmes multiagents

subject: LSTM

subject: stratégies d’évolution

subject: Q-learning profond

subject: attaque de brouillage

subject: disponibilité des canaux corrélés

abstract:
The fifth generation (5G) of wireless communication networks is expected to enable advanced network services that usually come with stringent quality-of-service (QoS) requirements, such as high reliability, ultra-high speed, low latency, and user fairness. Given such sophisticated QoS constraints and the ever-increasing number of connected devices in 5G networks, the need for an optimal management of network resources is indispensable. In this thesis, we mainly focus on designing novel resource allocation algorithms considering the intrinsic characteristics of vehicular networks, i.e. one of the most advanced 5G-enabled networks. On the other hand, with the large-scale deployment of future wireless networks, energy issues, such as the increase in CO2 and electromagnetic emissions incurred from the operation of battery-powered devices, are emerging and causing enormous concerns for network planners. Consequently, energy efficiency and sustainability have quickly become crucial criteria for 5G systems. To achieve these criteria, energy harvesting techniques that allow wireless devices to harness energy from the ambient environment have been proposed. The integration of this concept into the 5G-enabled systems is considered as a key-enabler for green and sustainable future networks. The advent of energy harvesting systems is set to introduce energy constraints in the network resource management, creating new challenges in designing resource allocation algorithms. Therefore, addressing these new challenges in energy harvesting networks is also a main topic in this dissertation.

In this regard, chapters 2 and 3 provides advanced energy harvesting frameworks that tackle energy concerns in future wireless networks, while chapters 4, 5, and 6 focus on designing new access strategies for vehicular networks that enhance the network performance in terms of latency and reliability. Numerical results are provided to verify the efficiency and advantages of our proposed schemes over other benchmark schemes.