identifier: Levasseur, J. (2011). Facteurs de survie et de croissance des entreprises de biotechnologies au canada  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le domaine des biotechnologies est relativement jeune, ce qui se traduit par une méconnaissance du fonctionnement de ce dernier. De surcroît, le modèle prépondérant dans ce domaine de pointe basé sur la science nécessite une contribution non négligeable de l'université, de la science et des technologies qui y sont développées, afin d'évoluer et de croître. La collaboration doit donc jouer un rôle important afin de faciliter le transfert de connaissance entre les différents partenaires. En outre, de par la complexité de la connaissance impliquée et l'importance des validations nécessaires étant donné son impact sur le vivant, la biotechnologie évolue dans une classe à part où les concepts répandus ailleurs dans l'économie méritent d'être étudiés en de plus amples détails. Par ailleurs, les leçons apprises de cette étude peuvent contribuer à mettre en place les bons outils pour d'autres domaines de pointe, par exemple les nanotechnologies, en plein essor au Québec. La contribution de cette recherche consiste donc à identifier les facteurs de survie et de croissance des entreprises œuvrant dans le domaine des biotechnologies de façon à recommander des modifications et améliorations au support à ces entreprises afin d'en améliorer la performance. Certains aspects comme la collaboration, la R&D, la propriété intellectuelle (PI), la gestion des produits et le financement sont analysés. Sachant que la collaboration est primordiale au transfert de connaissance et que ce transfert est dans une industrie hautement innovante, ceci soulève d'autres questions quant aux stratégies d'innovation. Comment la protection de la PI et la R-D favorisent la survie et la croissance ou encore comment la maturité de la structure innovante favorise la survie?Les données utilisées proviennent des quatre enquêtes de Statistique Canada sur le développement et l'utilisation de la biotechnologie qui ont été liées entre elles et jumelées à certaines données du Registre des entreprises de façon à pouvoir mesurer les taux de survie et de croissance de ces entreprises. Les résultats montrent l'importance de la collaboration à des fins d'acquisition de connaissance pour la survie et la croissance des entreprises. De plus, la vulnérabilité des entreprises de biotechnologie à la phase de recherche clinique est mise en relief ce qui se répercute sur la phase de commercialisation, cependant une fois passée cette période de vulnérabilité les entreprises avec plus de produits en production ou en commercialisation ont plus de chance de croître. La course aux brevets semble se faire au détriment de la firme alors que les aspects financiers ont peu d'impacts sur les firmes. L'analyse de la croissance montre aussi des effets non-linéaires où les firmes qui brevètent de façon massive sont désavantagées.  ABSTRACT: This study aims to determine the factors that influence the survival of biotechnology firms in Canada and of firm characteristics on the growth of all biotech firms in Canada. Certain attributes, such as collaboration, research and development, intellectual property, product management and financing are examined. The fact that collaboration is essential to knowledge transfer and that this transfer is crucial raises important questions about innovation strategies. How are intellectual property, research and development intensity and a certain maturity of the innovative structure beneficial to firm survival? Similar considerations apply to financial and government support. Within a domain characterised by knowledge transfer and intellectual property protection, how do firms protect their assets when trying to raise funds particularly within alliances? The study is based on the responses to the four Biotechnology Uses and Development Surveys (BUDS) of Statistics Canada that were linked to one another to build a quasi-longitudinal database. Our research finds that firms that collaborate for exploration purposes have better chances of survival than others and grow faster. The acquisition of knowledge through collaboration seems to be essential to innovation in the biotech industry. Results also suggest that a larger number of patents decrease the probability of survival. The analysis of growth factors shows non-linear effects that also suggest that high intensive patenting firms are disadvantaged. As patents are an essential appropriation tool in the biotech industry, this result suggests that the patent race represents a burden for enterprises because it requires a lot of financial and human resources. Investigation of the product development process shows that clinical research also requires a lot of resources, which results in the fact that firms enter the production and commercialization stage in a weak position, which may then cause firms to exit. In addition, some firms with products on the market seem to stop their R&D efforts and do not renew their products, which further exacerbates exit. However, more firms have products in production or in the market and more firms have a chance to grow.


identifier: Jéhanne-Lacasse, J. (2011). Développement d'un système d'acquisition simultanée de données de tomographie d'impédance électrique et d'électroencéphalographie pour l'étude de la fonction cérébrale  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'epilepsie touche entre 1 et 2% de la population canadienne et environ 40% de tous les cas ne peuvent ^etre traites a l'aide de medicaments. La chirurgie peut ^etre envisagee lorsque les crises sont severes et nuisent a la qualite de vie du patient. Les patients epileptiques candidats a la chirurgie doivent alors subir des tests preoperatoires en vue de localiser avec precision les foyers epileptiques, les zones du cerveau d'ou originent les crises. Un suivi de longue duree combinant des enregistrements d'electroencephalographie (EEG) et de video du patient est utilise pour tenter de localiser les foyers epileptiques. Des enregistrements d'EEG intracr^aniens qui sont lourdement invasifs sont aussi parfois envisages. Ce projet vise a developper une technique de localisation non invasive complementaire aux examens preoperatoires actuels an de minimiser le recours a des tests lourdement invasifs. Durant l'activite cerebrale normale, l'augmentation locale de la consommation d'oxygene par les neurones necessite une augmentation locale du debit sanguin. Ce phenomene est evidemment amplie lors d'activites cerebrales intenses ou de crises epileptiques. Ces phenom enes hemodynamiques engendrent des variations locales de la conductivite electrique du cerveau. Ce sont ces variations que tentent d'imager la tomographie d'impedance electrique (TIE). Cette technique non invasive permet de visualiser les changements de conductivite produits dans une region du corps par des processus biologiques tels que la respiration ou la digestion. La TIE utilise un reseau d'electrodes disposees autour de la region d'inter^et pour appliquer un courant sinuso�dal de faible amplitude par une paire d'electrodes. Les dierences de potentiel ainsi engendrees sont mesurees aux autres paires d'electrodes et permettent de determiner les variations de conductivite dans la region d'inter^et. Le projet decrit dans ce memoire propose d'utiliser la TIE conjointement a l'EEG an de minimiser le recours a des enregistrements invasifs d'EEG intracr^aniens. L'EEG demeure la technique de reference pour le diagnostic de l'epilepsie puisqu'elle enregistre directement les signaux electriques produits par l'activite cerebrale. De maniere plus specique, l'objectif principal de ce projet est de developper les circuits de premiere ligne d'un systeme d'acquisition simultanee de donnees de TIE et d'EEG. Pour atteindre cet objectif, un module electronique a ete developpe pour le traitement analogique des signaux de TIE et d'EEG captes par un m^eme reseau de 24 electrodes. Ce module comprend 24 circuits d'electrodes actives, un circuit d'asservissement de la jambe droite, un circuit de reference de Wilson ainsi que des circuits auxiliaires. Ce module, concu pour ^etre porte par le patient, fait partie d'un systeme d'acquisition qui comporte egalement un module de synthese et de demodulation (MSD) et un ordinateur qui sont situes au chevet  ABSTRACT: Epilepsy aects between 1 and 2% of the Canadian population and about 40% of all cases are not treatable with medication. Surgery may be considered when seizures are severe and adversely aect the quality of life of the patient. Epileptic patients eligible for surgery have to undergo preoperative testing to accurately localize epileptic foci, areas of the brain where crises appear. Longtime monitoring combining electroencephalography (EEG) and video recordings is performed to attempt epileptic foci localization. Intracranial EEG recordings that are heavily invasive are also sometimes considered. This project aims to develop a non-invasive localization technique to complement current preoperative testing procedures in order to minimize the use of heavily invasive testing. During normal brain activity, local increase in neuron oxygen consumption requires an increase in local blood  ow. This phenomenon is of course amplied during intense brain activity or epileptic seizures. These hemodynamic phenomena generate local changes in the electrical conductivity of the brain. Electrical impedance tomography (EIT) attempts to visualize those variations. This non-invasive technique produces images of a body region representing conductivity variations due to biological phenomena such as respiration or digestion. EIT uses an array of electrodes placed around the region of interest to apply a small-amplitude sinusoidal current by a pair of electrodes. Resulting potential dierences are then measured between other pairs of electrodes and used to assess the conductivity variations within the region of interest. The project described in this thesis proposes using EIT in conjunction with EEG to minimize the use of invasive intracranial EEG recordings. EEG remains the gold standard for the diagnosis of epilepsy since it directly records electrical signals produced by brain activity. More specically, the main objective of this project is to develop rst-line circuits for a system capable of simultaneous acquisition of EIT and EEG data. To achieve this goal, an electronic module has been developed for analog signal processing of EIT and EEG measured by the same 24-electrode array. This module contains 24 active electrode circuits, a right leg drive circuit, a Wilson's central terminal circuit as well as auxiliary circuits. This module, designed to be worn by the patient, is part of an acquisition system also composed of a base-station and a computer that are located at the patient's bedside. A time-multiplexing approach is used to enable simultaneous acquisition of EIT and EEG data. A rst acquisition phase consists of one EIT measurement and is followed by a second phase where EEG signals from each of the 24 electrodes are sampled. These two


identifier: Baraghis, E. (2011). Développement d'un système de tomographie par cohérence optique pour la mesure de la compliance vasculaire cérébrale in-vivo  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'imagerie de la microvasculature cerebrale chez les petits animaux connait depuis les dernieres annees une avancee rapide. La tomographie par coherence optique (OCT) est un outil qui a permis recemment d'obtenir des images de haute resolution de celle-ci chez des rats et des souris. Elle permet egalement des mesures de  ux sanguin et des etudes fonctionnelles sur le cerveau. Il est maintenant rendu possible d'appliquer cette technique a l'etude de problematiques reelles en recherche neurovasculaire. Une telle problematique est l'etude de la compliance des arterioles. La compliance est un sujet d'inter^et depuis que de nouvelles hypotheses sur le developpement des maladies neurodegeneratives pointent vers un facteur commun vasculaire. Le r^ole du reseau neurovasculaire est de fournir les nutriments necessaires a l'activite des neurones. Une dysfonction de la regulation sanguine pourrait g^ener cette fonction. La compliance arterielle joue un r^ole cle dans la regulation sanguine, mais jusqu'a maintenant les outils disponibles pour en faire l'etude ne permettaient que des mesures ex-vivo. Cette contrainte elimine toute possibilite d'etude longitudinale sur un m^eme animal. L'OCT peut s'averer ^etre un outil interessant pour la mesure de la compliance in-vivo. L'objectif de ce travail de ma^trise a donc ete de developper et de valider une technique d'estimation de la compliance basee sur l'OCT. L'appareil OCT developpe utilise une source de lumiere superluminescente a 870 nm et un interferometre de Michelson an de produire des images structurelles et de  ux de la microvasculature cerebrale chez la souris. La caracterisation des performances de ce systeme donne une resolution axiale de 9 m, une profondeur de penetration de 600 m et une sensibilit e de 105 dB. L'appareil permet des mesures de  ux entre  10 et  100 nL=s et une taille minimale de vaisseaux detectes de 30 m. Une technique innovatrice de reconstruction des images OCT permet d'obtenir l'evolution du  ux sanguin sur un cycle cardiaque. Cette nouvelle information de dynamique arterielle permet d'evaluer la pulsatilite du  ux sanguin. Un evaluateur de la compliance qui se base sur cette mesure est derive. An de tester le modele d'evaluation de la compliance, une etude comparative entre un groupe de souris normales et un groupe de souris developpant des plaques d'atheroscleroses est proposee. Le resultat d'une etude ex-vivo montre que les arteres plus larges du cerveau ont une compliance superieure chez les animaux atteints d'atherosclerose. L'utilisation de l'OCT permet de retrouver ce resultat de maniere non-invasive. De plus l'OCT permet  ABSTRACT: Optical imaging of the neurovascular network has been recently evolving at a rapid pace. Optical Coherence Tomography (OCT) has been used to produce high quality angiograms of cortical microvasculature in mice and rat. Through this technique, precise measurements of blood speed can be made without the use of invasive markers opening the door for studies of blood  ow and neurovascular function. The current aim of research in the eld is to develop imaging protocols and methods for studying specic neurovascular function. One such vascular function is arteriolar compliance. New hypothesis in the development of neurodegenerative diseases have revealed a link with vascular degeneration. Neurovascular regulation involves the supply of blood  ow towards regions of neural activity. Blood supplies oxygen and nutriments to active neurons and improper supply of it can lead to neuronal dysfunction. Compliance is a characteristic of arteries describing their reaction to changes in pressure. It plays a key role in blood  ow regulation and as such has been the subject of recent interest. The tools used for compliance evaluation require an extraction of the target vessel for ex-vivo characterization which eliminates any possibility of longitudinal studies on the same animal. OCT through it's ability to image the neurovascular network could oer an alternative way of measuring arteriolar compliance in-vivo. The aim of this work was therefore to develop and validate a technique for measuring compliance based on OCT measurements. The OCT system developed in this work is based on a superluminescent diode emitting light in the near-infrared range at 870 nm. The system produces structural and  ow images of the cerebral microvasculature in mice and rats. It has a maximum axial resolution of 9 m, a penetration depth of 600 m and a sensibility of 105 dB. The system was also able to produce accurate  ow measurements between  10 and  100 nL=s when tested on a fantom and produced accurate volumetric maps of blood vessels with arterioles as small as 30 m being imaged. Along with the standard protocols for imaging volumes and slices through the vasculature, a novel reconstruction technique was developed. This technique uses electrocardiography information to produce sequences of OCT slices over one cardiac cycle. These sequences reveal the changes in blood speed and vessel area over that cycle. A simple arterial model then uses this novel information to produce an estimate of vessel compliance. In order to test this new compliance evaluation method, a group study is presented. This study aims to reveal dierences in arteriolar compliance between a group of normal


identifier: Kamgaing Kuiteing, A. (2011). Problème de tarification sur un réseau avec demande élastique et contraintes de capacité  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Plusieurs extensions du problème de tarification sur un réseau introduit par Labbé et al. (1998)  (modélisé sous la forme d'un programme à deux niveaux) ont été étudiées mais aucun, à notre connaissance, ne considère la demande élastique, qui est le sujet de cette thèse. Plus précisément, ne nous considérons le problème de maximisation des revenus générés par les tarifs imposés sur un sous-ensemble d'arcs d'un réseau de transport multi-produits, en tenant compte que la demande est affectée aux chemins de plus petit coût et dépend du coût total (coût fixe + tarif) de ces chemins, et que certains arcs du réseau ont une capacité finie. Cette thèse porte sur une étude de modélisation suivie d'une mise en œuvre d'algorithmes et puis d'une étude numérique du problème de tarification sur un réseau avec demande élastique et contraintes de capacité à partir d'une étude approfondie des aspects théoriques. Dans la première partie, nous étudions le problème de tarification sur un réseau avec demande élastique. Nous proposons, lorsque la demande est linéaire, trois formulations quadratiques en variables mixtes (MIP). Puis, nous montrons qu'il existe des cas où le problème est polynomial. Lorsque la demande est non linéaire, nous développons deux méthodes exactes basées sur une surapproximation des fonctions non linéaires de la fonction objectif d'un programme non linéaire en variables mixtes. Les tests numériques mettent en évidence l'efficacité de l'une des méthodes exactes sur les instances de petite et moyenne taille. Puis, nous développons deux heuristiques basées sur une méthode de région de confiance. Ces heuristiques fournissent des solutions situées en moyenne à 1% de la borne supérieure de la meilleure méthode exacte avec des temps de calcul raisonnable sur des instances de grande taille. L'analyse de sensibilité montre que la difficulté de résolution du problème diminue lorsque l'élasticité de la demande augmente. Dans la deuxième partie, nous étudions le problème de tarification sur un réseau avec demande élastique où nous incorporons les capacités explicites sur les arcs du réseau. Pour ce faire, nous commençons par prouver que les contraintes de capacité peuvent être déplacées au premier niveau. Il s'en suit que les coûts des chemins utilisés, pour un produit donné, sont tous égaux. Ainsi, le problème du second niveau se réduit à un problème de plus court chemin par produit comme dans le cas du problème sans contraintes de capacité. La technique utilisée pour reformuler le problème sans contraintes de capacité en un programme à un niveau est utilisée pour obtenir un programme à un niveau. Par la suite, les méthodes développées dans le cas du problème sans contraintes de capacité de la première partie sont adaptées pour résoudre le problème avec contraintes de capacité. Ainsi, lorsque la demande est linéaire, un programme quadratique en variables mixtes est développé. Dans le cas non linéaire, deux méthodes exactes sont développées et les tests numériques montrent l'efficacité de l'une d'elles sur des instances de petite taille. Une heuristique basée sur une méthode de région de confiance est développée et ses solutions sont situées à 2% de la borne supérieure sur les instances de taille moyenne et grande. Nous remarquons que la difficulté de résolution du problème augmente avec les valeurs des capacités sur les arcs. L'analyse de sensibilité montre que l'élasticité de la demande n'a pas d'influence sur la résolution du problème dans le cas linéaire tandis qu'elle augmente lorsque l'élasticité augmente dans le cas non linéaire.  ABSTRACT: Several extensions of the network pricing problem introduced by Labbé et al. (1998) (modeled as a bilevel program) have been studied but none, to the best of our knowledge, involves elastic demand, which is the topic of this thesis. More specifically, we consider the problem of maximizing the revenue raised from tolls set on a subset of arcs of a multi-commodity transportation network, taking into account that demand is assigned to cheapest paths, and is actually dependent on the total cost (initial cost of carrying the products + toll) of these paths and some arcs of network have finite capacity. This thesis is concerned with a modeling study followed by an implementation of algorithms and then a numerical study of the network pricing problem with elastic demand and capacity constraints, from the in-depth study of theoretical aspects. In the first part, we study network pricing problem with elastic demand. In the case of linear demand-cost relationship, we propose three mixed integer (MIP) quadratic formulations. Then, we show that special cases can be solved in polynomial time. In the case of nonlinear demand functions, we develop two exact methods based on an over-estimation of nonlinear functions in the objective function of a non linear mixed integer program. Numerical tests highlight the efficiency of one of the exact methods on small and medium-size instances. Then, we design two heuristics based on a trust-region approach. Heuristics provide solutions whose objective lie within $1\%$ of the upper bound of the best exact method with reasonable Cpu times, even on large instances. Indeed, sensibility analysis show that the difficulty of resolution of the problem decreases with the value of the cost elasticity of demand. In the second part, we deal with the network pricing problem with elastic demand where we incorporate explicit capacities on arcs of the network. First, we prove that capacity constraints can be moved to the first level. It follows that the path used, for each product, have the same cost. Then, the second level problem reduces to a set of independent shortest-paths problem as in the case of the problem without capacity constraints. The technique used to remodel the problem without capacity constraints as one level program is used to get a one level program. Thereafter, the methods developed for the problem without capacity constraints in the first part is adapted to solve the problem with capacity constraints. Then, in the case of linear demand, we propose a mixed integer (MIP) quadratic program. In the case of non linear demand, we develop two exact methods and numerical tests show the efficiency of one of the exact methods on small-size instances. A heuristic based on a trust-region approach is also designed and its solutions lie within 2% of the upper bound on medium and large-size instances.  We remark that larger the value of capacity on arcs is, the more difficult the resolution of the problem is. Sensibility analysis shows that elasticity has no influence on the resolution of the problem in the linear case while it increases with elasticity in the non linear case.


identifier: Gosset, T. (2011). Une approche de décomposition pour le dimensionnement optimal des aires de stockage dans une ligne de production à fiabilité limitée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le sujet de cette étude est un système de production composé de m machines en série, que l'on nomme ligne de production. La fiabilité des machines est  représentée par un état de bon fonctionnement pour lequel la machine produit à un rythme donné et par un état de mauvais fonctionnement pour lequel la production de cette machine est arrêtée. Le temps passé dans chacun des états est représenté par une loi exponentielle. Ainsi, chaque machine peut être modélisée par une chaîne de Markov en temps continu à deux états. Finalement, des aires de stockage sont introduites dans toute la ligne en prévention des pannes aléatoires des machines de production.Définir la taille optimale de ces aires de stockage est délicat. La fiabilité du système n'étant pas parfaite, une décision de redimensionnement des aires de stockage peut avoir des conséquences sur la production globale du système difficilement prévisibles. On est tenté de réduire les inventaires pour minimiser le coût de stockage mais le risque de rupture de la production est alors augmenté en conséquence. La production globale peut être fortement diminuée et ne plus satisfaire la demande du client ainsi que l'approvisionnement du fournisseur.  L'objectif de cette recherche est de développer un modèle mathématique de cette ligne afin de déterminer quelle politique de gestion des aires de stockage permet d'assurer une production moyenne déterminée, à un coût minimal de stockage des biens en cours de production.  Une première solution a déjà été proposée par Sadr et Malhamé (2004a) et aboutit sur une méthode de décomposition et agrégation de cette ligne de production. En considérant une demande constante et des taux de production décroissants dans la ligne de production, Sadr et Malhamé (2004a) mettent en évidence une propagation unidirectionnelle, de l'amont vers l'aval, des phénomènes d'arrêt de production qui se manifestent quand les aires de stockage se vident. Ils proposent une modélisation mathématique de la ligne et minimisent le coût de stockage des inventaires par programmation dynamique. La possibilité d'une méthode duale de leurs travaux a longtemps été soupçonnée. Elle considérerait un approvisionnement constant et des taux de production croissants dans la ligne. La production serait alors considérée en flux poussé et les phénomènes de blocage de la production se réaliseraient quand les aires de stockage se remplissent. Dans cette étude, on examine la possibilité d'exploiter une telle méthode duale en suivant les étapes établies dans leurs travaux.  ABSTRACT: We consider a production line composed of m unreliable machines in a tandem configuration. Each machine is represented by a two state Markov chain in continuous time in which states it can respectively process materials up to a specified maximum rate or its production is stopped. Furthermore, buffers are introduced between each machine of the line in order to limit the impact of machines' breakdown on the productivity of the line.Disruption of material throughout the system may become an economical issue.For instance, the customer demand could be satisfied inconsistently, leading to supplementary inventory costs, unprofitable sales and customer dissatisfaction. Then, work-in-process produce by and available to machines play a major role in this system, making it possible for machines to continue to produce materials when one or several of them are being repaired thus maintaining up to a point a continuous flow of production through the line. The level of reliability of work stations must be taken into account in order to calculate a more efficient production plan and better schedule delivery of materials.The objective of this study is to size storage areas of the production line so that disruptions of machines do not affect a continuous flow of parts throughout the system and at a minimum cost of holding inventories in the line. A solution has been proposed by Sadr and Malhamé (2004a). They have developed a decomposition and aggregation methodology for the approximate performance analysis of the line when upstream to downstream machine capacities are monotone decreasing.In this case, a constant average production rate is imposed via a pull mechanism.  The main advantage of this scheme is that causality propagates unidirectionally (upstream to downstream), thus making it possible to use dynamic programming as an optimization tool for storage areas sizing and cost optimization of holding inventories in the line. A dual method has long been thought possible. Increasing production rates would represent a push mechanism policy and causality would propagate in this formulation from downstream to upstream. In this study, we examine the possibility of using this methodology for the dual case.


identifier: Bourbia, O. (2010). Étude des frottements internes dans le tellurure de bismuth préparé par extrusion  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce travail nous avons réalisé au laboratoire un montage expérimental qui permet l'étude, en fonction de la température, des frottements internes (IF) et la détermination de la constante de Young, par spectroscopie mécanique, des tiges thermoélectriques des alliages semiconducteurs à base de tellurures de bismuth élaborées par extrusion à chaud. Le principe du montage repose sur l'excitation mécanique des échantillons et l'enregistrement du signal de la réponse acoustique résultant. Après extraction de la fréquence naturelle de vibration, il est possible de déterminer le module de Young et le frottement interne pour la tige en étude. Cette technique d'excitation par impulsion est non-destructive et ne nécessite pas de couper les échantillons et ainsi dégrader leurs propriétés mécaniques. Ceci nous permettra de mieux contrôler les pièces après élaboration et de nous assurer de leur qualité avant utilisation. Les résultats obtenus de la variation des frottements internes en fonction de la température ont montré une différence de comportement avec la température entre les échantillons de tellurures de bismuth de type N et P. Des traitements de ces résultats ont permis de tirer des lois de comportement pour les deux types d'alliages thermoélectriques. Ce même traitement permet la détermination d'une énergie d'activation associée à la variation de frottement interne (IF), en fonction de la température, qui suit une loi exponentielle. Des mécanismes de dissipation de l'énergie élastique ont été suggérés. La variation exponentielle est limitée par un plateau aux basses températures. Ceci a été interprété par la structuration à une échelle nanométrique de notre matériau. L'influence de la présence de fissures sur les mesures de frottements internes a été étudiée. Pour une certaine gamme de températures (de 100 à 200°C), les valeurs de IF augmentent très rapidement et atteignent des valeurs très élevées (entre 10-2 et 10-1). Aux températures correspondant aux frottements internes très élevés, nous avons obtenu une augmentation de la fréquence naturelle et du module de Young. Une longue tige coupée en trois morceaux a été étudiée pour vérifier sa non-homogénéité. Aux basses températures, la partie qui correspond à la fin de l'extrusion présente des IFs plus élevés. Le module de Young est plus faible dans la partie qui correspond au début de l'extrusion. Ceci  ABSTRACT: In this work, we realized an experimental set up in the laboratory in order to study the internal friction of rods of bismuth telluride based alloys as a function of temperature, and to determine their Young's modulus by mechanical spectroscopy. Bismuth telluride alloys are semiconductor materials, which we obtain by mechanical alloying and hot extrusion. The set up provides the mechanical excitation of the sample and a registers the resultant acoustic signal response. Following the extraction of the vibration natural frequency, it is possible to determine Young's modulus and the internal friction (IF) of the studied rod. This impulse excitation technique (IET) is non-destructive and does not require cutting the analyzed samples and thus preserves their mechanical properties undamaged. This allows a better evaluation and control of the mechanical properties of the elaborated samples and ensures their quality before processing for thermoelectric module fabrication. The obtained results of the variation of internal frictions as a function of temperature showed a difference in behavior between the N and P type bismuth telluride based alloys. Data treatments permitted to draw behavior laws for both types of thermoelectric alloys. The treatment also permits the determination of an activation energy associated with the exponential law variation. Mechanisms of the elastic energy dissipation have been suggested. The exponential variation of the internal friction is limited by a plateau in the region of low temperatures. This was interpreted as arising from the nanometric structure of our bulk material. The influence of the presence of cracks in defective rods on internal frictions measurements has been investigated. In a certain temperature range (100 - 200°C), the IF values increase rapidly to reach very high values (> 10-2). At temperatures corresponding to higher internal frictions, we obtained an increase in the oscillation natural frequency and in Young's modulus. A long rod cut in three parts was studied to check its non-homogeneity. At low temperatures, the part corresponding to the end of extrusion presents higher IF. Young's modulus is smaller in the part corresponding to the beginning of the extrusion. This might be due to the fact that this latter part of the rod is more porous and less dense than the other two parts.


identifier: Hashemi Aghcheh Body, S. S. (2011). High-Efficiency Low-Voltage Rectifiers for Power Scavenging Systems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les redresseurs sont couramment utilisés dans de nombreux  systèmes afin de transformer l'énergie électrique obtenue à partir d'une source alternative en une alimentation continue. Les topologies traditionnelles telles que les ponts de diodes et les redresseurs se servant de transistors à grilles croisées-couplées ne sont pas suffisamment efficaces en terme d'énergie, en particulier pour des signaux à faibles amplitudes. Dépendamment de leur élément de redressement, leur efficacité en termes de consommation d'énergie est limitée soit par la chute de tension de polarisation directe d'une diode, soit par la tension de seuil du transistor MOS. Les redresseurs passifs avancés utilisent une technique de conception pour réduire la tension de seuil des diodes MOS. Les redresseurs actifs utilisent des circuits actifs pour contrôler l'angle de conduction des commutateurs MOS à faible perte. Dans cette thèse, nous avons proposé un redresseur actif avec une topologie en  grille croisée-couplée. Elle utilise des commutateurs MOS à faible perte à la place des transistors MOS connectés en diode comme redresseurs. Le circuit proposé utilise: des caractéristiques intrinsèques des transistors MOS pour les montages comparateurs et une polarisation dynamique des substrats des commutateurs principaux supportés par de petits transistors de rappel. Le redresseur proposé présente des faibles chutes de tension à travers le commutateur principal menant à une efficacité de puissance plus élevée par rapport aux structures d'un redresseur conventionnel pour une large gamme de fréquences de fonctionnement de l'ordre des MHz. La conduction des courants de charge élevée est une autre caractéristique du redresseur proposé. En utilisant la méthode de bootstrap, des redresseurs à simple et à double réservoir sont proposés. Ils présentent une efficacité de puissance et un rapport de conversion de tension élevés en comparaison avec les structures des redresseurs conventionnels. Avec une amplitude de source de 3,3 V, le redresseur proposé offre des efficacités de puissance et de conversion de tension améliorées par rapport au circuit à transistors croisés couplés. Ces améliorations atteignent 10% et 16% respectivement. Les redresseurs proposés utilisent la technique de bootstrap.  Ils sont bien adaptés pour des amplitudes d'entrée très basses. À une amplitude d'entrée de 1,0 V, ces derniers redresseurs présentent des rendements de conversion de puissance et de tension de 75% et 76%. Le redresseur à simple réservoir réduit également l'aire de silicium requise de 70% par rapport à la version à double-réservoir.  ABSTRACT: Rectifiers are commonly used in electrical energy conversion chains to transform the energy obtained from an AC signal source to a DC level. Conventional bridge and gate cross-coupled rectifier topologies are not sufficiently power efficient, particularly when input amplitudes are low. Depending on their rectifying element, their power efficiency is constrained by either the forward-bias voltage drop of a diode or the threshold voltage of a diode-connected MOS transistor. Advanced passive rectifiers use threshold cancellation techniques to effectively reduce the threshold voltage of MOS diodes. Active rectifiers use active circuits to control the conduction angle of low-loss MOS switches. In this thesis, an active rectifier with a gate cross-coupled topology is proposed, which replaces the diode-connected MOS transistors of a conventional rectifier with low-loss MOS switches. Using the inherent characteristics of MOS transistors as comparators, dynamic biasing of the bulks of main switches and small pull-up transistors, the proposed self-supplied active rectifier exhibits smaller voltage drop across the main switches leading to a higher power efficiency compared to conventional rectifier structures for a wide range of operating frequencies in the MHz range. Delivery of high load currents is another feature of the proposed rectifier. Using the bootstrapping technique, single- and double-reservoir based rectifiers are proposed. They present higher power and voltage conversion efficiencies compared to conventional rectifier structures. With a source amplitude of 3.3 V, when compared to the gate cross-coupled topology, the proposed active rectifier offers power and voltage conversion efficiencies improved by up to 10% and 16% respectively. The proposed rectifier using the bootstrap technique, including double- and single-reservoir schemes, are well suited for very low input amplitudes. They present power and voltage conversion efficiencies of 75% and 76% at input amplitude of 1.0  V and maintain their high efficiencies over input amplitudes greater than 1.0V. Single-reservoir bootstrap rectifier also reduces die area by 70% compared to its double-reservoir counterpart.


identifier: El Ghali, N. (2011). Matrices cellulaires reconfigurables en point flottant dédiées au traitement des signaux  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les processeurs scalaires sont majoritairement utilisés de nos jours, pour le traitement des signaux numériques, par comparaison aux processeurs matriciels qui offrent pourtant plus de vitesse de calcul due à leur architecture parallèle traitant de nombreuses données en temps réel. Il existe une multitude d'architectures de matrices cellulaires. Cependant la grande majorité est très spécialisée pour le calcul d'une ou deux fonctions de traitement de signaux et seuls quelques processeurs matriciels sont reconfigurables afin de traiter la plupart des fonctions de traitement de signaux. Ce mémoire présente l'architecture d'un processeur matriciel construit à partir de cellules complexes de calcul appelé "Module de Traitement Universel" (UPM). Ce processeur peut servir comme un module de propriété intellectuelle (IP block) destiné à être utilisé dans un FPGA pour le traitement des signaux. Des mêmes matrices d'UPMs sont reconfigurées en vue d'effectuer la plupart des opérations de Traitement Numérique des Signaux DSP incluant des fonctions de filtrage adaptatif récursives ou non et des fonctions d'analyse spectrale. Ce processeur peut être reconfiguré pour appliquer diverses transformées, filtres adaptatifs, filtres en treillis, en générations de fonctions, corrélations et en calcul de fonctions récursives qui peuvent être exécutées à grande vitesse. Pour une plus grande précision la conception est faite de manière à traiter les données en arithmétique point flottant. Afin de permettre le calcul de fonctions récursives l'unité de traitement UPM est construite avec un module de contrôle de récursivité. En outre l'UPM est conçu de manière à être mis en cascade afin d'augmenter l'ordre des opérations de traitement. La conception logicielle de matrice 2x2 UPMs et 6x4 UPMs, qui sont programmées en langage Verilog-HDL, est simulée et testée avec les mêmes cellules reconfigurées en plusieurs fonctions telles que le filtrage adaptatif, l'analyse spectrale et le calcul de fonctions récursives.  La même matrice de cellules à été simulée sur Matlab Simulink sous différentes configurations.  ABSTRACT: Scalar processors are commonly used today in contrast with array processors which offer a higher computation speed due to their parallel architecture dealing with a great number of data in real time. Several cellular arrays architectures exist. However, the vast majority is highly specialized for the computation of one or two signal processing functions and only a few are reconfigurable to handle most of the of signal processing functions. This thesis presents the architecture of an array processor constructed using building blocks which are complex computation cells named Universal Processing Module (UPM).  This array processor may serve as an intellectual property (IP block) to be used in FPGA technology and dedicated to signal processing. The same UPMs matrices are reconfigured to perform most of digital signal processing DSP operations including adaptive recursive and non recursive filtering, and spectral analysis functions. This processor can be reconfigured in order to compute transforms, adaptive filters, lattice filters, function generations, correlations and recursive functions, all performed at high speed. For greater accuracy the processor is constructed in floating point arithmetic. In order to enable computation of recursive functions, the UPM is built with a recursion control module. This processing element can also be indefinitely with the intention to increase filtering order. The software design of a 2x2 UPMs and a 6x4 UPMs arrays which is programmed in Verilog-HDL language, is simulated and tested using same cells reconfigured in order to compute DSP algorithms such as adaptive filtering, spectral analysis and recursive functions. The same matrix of cell is simulated on Matlab Simulink through different configuration. The processor is tested with all proposed reconfigurations and offers an acceptable computing precision.


identifier: Biron, G. (2011). Optimisation des assemblages par interférence soumis à des sollicitations de fatigue.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire présente une méthode d'optimisation des assemblages par interférence soumis à des sollicitations de fatigue. Le phénomène de fatigue par fretting réduit la vie en fatigue des assemblages par interférences à l'interface de contact. Il existe toutefois des configurations géométriques qui atténuent ce phénomène. De plus, des résultats expérimentaux montrent que l'ajout d'une rainure circulaire au bord du contact permet de diminuer considérablement l'effet de la fatigue par fretting. Par contre, cet ajout introduit une importante concentration de contrainte dans l'arbre et peut provoquer la rupture par fatigue normale. Les essais expérimentaux montrent qu'il existe une zone de transition dans la localisation de la rupture à l'interface de contact et dans la rainure. Toutefois, ils démontrent également qu'il existe un compromis de paramètres, favorable à la vie en fatigue de l'assemblage. Une méthodologie de calcul par éléments finis des assemblages par interférences sollicités en fatigue est présentée dans la revue de littérature. En comparant les résultats obtenus par la méthode des éléments finis et les essais expérimentaux, il a été possible d'établir l'existence d'un facteur de réduction de vie en fatigue causée par le fretting (kfret). Bien qu'il soit possible de simuler avec précisions la vie en fatigue de l'assemblage, il n'existe pas de méthode qui permet d'obtenir directement la valeur des paramètres selon des critères de conception spécifiques. La plastification du matériau et la présence d'éléments de contact nécessitent une modélisation par éléments finis non linéaires. Par conséquent, son temps de calcul est considérablement élevé. Le couplage entre le modèle d'éléments finis et un algorithme d'optimisation devient irréaliste compte tenu du nombre de simulations nécessaires. La méthode d'optimisation doit donc être conçue en utilisant un nombre restreint de simulations. Afin de répondre à cette problématique, un algorithme d'optimisation séquentielle multi-objectifs (OSMO) a été développé. Cette méthode consiste à optimiser une fonction d'interpolation d'un plan d'expériences. La totalité de l'algorithme a été réalisée à partir des modules Hypermath, Hyperstudy et Sampling du logiciel Altair Hyperworks V10. La méthode du Krigeage a été utilisée pour interpoler le plan d'expériences. Le plan utilisé est le Latin Hypercube Optimal.  ABSTRACT: This thesis presents a methodology for designing interference fit assemblies subjected to fatigue load. Due to the assembly, a fretting-fatigue phenomenon was found responsible of reduction of the fatigue life inside the contact. However, there are geometric configurations that contribute to reduce its impact on the life of the assembly. Experimental tests have shown that the addition of a fillet, circular groove or hub overhang improves the fatigue life of interference fit assemblies. It was also determinate that in contact, failure is caused by fretting fatigue while it is caused by normal fatigue in the fillet or groove. As a result of the competing maximum equivalent stresses in contact and in the fillet, a shift in the location of fatigue failure has been observed in both experimental tests and finite elements simulation. A methodology for fatigue strength calculation of interference fit assemblies subjected to fatigue load is presented. A comparison between calculations by finite element analysis and experimental tests has show the existence of fatigue strength reduction factor (kfret). While it's possible to calculate the fatigue strength with precision, there is actually no method to directly obtain the parameters values according to design criteria. Plastic deformation and contact element needs non-linear calculations of finite element model. Therefore, obtaining the optimal solution with a classic procedure may be time consuming, hence inefficient. In order to address this problem, a Sequential Approximate Multi-Objective Optimization (SAMOO) algorithm was developed in this work. This method consists of optimizing an interpolation function from design of experiments. Entire algorithm was programmed from modules Hypermath, HyperStudy Sampling of Altair HyperWorks V11 suite. The kriging method was used to interpolate the Optimal Latin Hypercube design of experiments. The multi-objective objective genetic algorithm (MOGA) from Hyperstudy is used to generate the Pareto Front of the problem.


identifier: Ding, W. (2011). Micro/nanonisation du naproxène et du dipropionate de béclométhasone en milieu aqueux par fragmentation laser femtoseconde  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Reduire la taille des particules est une approche simple pouvant ^etre utilisee an d'ameliorer la biodisponibilite, surtout pour les medicaments administres par inhalation et par voie orale. Cependant, les techniques existantes de micro/nanonisation ne sont pas adaptees a la phase de decouverte, ou la quantite d'actif disponible est restreinte. Nous proposons une nouvelle approche, la fragmentation laser, pour micro/nanoniser les medicaments en faible quantit e disponible. Notre hypothese est que le procede laser peut produire des micro/nanocristaux de deux medicaments modeles, le dipropionate de beclomethasone (medicament pulmonaire) et le naproxene (medicament oral), avec des transformations physico-chimiques minimes. La fragmentation laser consiste a focaliser une radiation laser dans une suspension de medicament agitee magnetiquement. Un laser femtoseconde a ete utilise. La taille des particules a ete caracterisee par la diusion de lumiere et par la microscopie electronique a balayage. La degradation a ete evaluee par la chromatographie liquide a haute performance. Les proprietes physico-chimiques des micro/nanocristaux lyophilises ont ete evaluees par la spectrometrie infrarouge, la diraction de rayons X, l'analyse elementaire et la calorimetrie dierentielle. La cinetique de dissolution in vitro des nanoparticules a aussi ete etudiee. Des nanocristaux de naproxene et des microcristaux de dipropionate de beclomethasone (DPB) ont ete produits par fragmentation laser avec succes. Des particules de tailles dierentes variant de 500 nm a quelques microns peuvent ^etre produites en modiant les param etres de fabrication. La nanonisation a ete accompagnee d'une degradation chimique 2  3 fois plus elevee que la micronisation. Apres le traitement laser, la composition chimique est majoritairement conservee (65%  100%), et le changement est d^u a une oxydation possible lors de l'interaction laser-matiere dans l'eau. La phase cristalline a ete conservee, mais une forme amorphe peut appara^tre (possiblement a la surface des particules). La vitesse de dissolution in vitro du naproxene nanonise par laser est amelioree de 10 fois et plus. La fragmentation par laser femtoseconde permet de microniser des medicaments en petite quantite avec une degradation et des transformations physico-chimiques limitees. La nanonisation par laser, bien que possible, induit plus de degradation et de transformations physico-chimiques. La fragmentation laser est donc une technique adaptee pour la micronisation (et dans certains cas la nanonisation) de medicament pendant la phase de decouverte, et est particulierement interessante pour les medicaments pulmonaires peu solubles dans l'eau.  ABSTRACT: Reducing the particle size of drugs is a simple approach that may be used to improve their bioavailability, especially for compounds delivered by inhalation and orally. However, current micro/nanonization techniques are not well adapted to the drug discovery stage, where the availability of the actives is scarce. We propose a novel approach, laser fragmentation, to perform micro/nanonization of drugs using small quantities. Our hypothesis is that the laser process can produce micro/nanocrystals of two drug models, beclomethasone dipropionate (BDP) (pulmonary drug) and naproxen (oral drug), with minimal physico-chemical transformations. Laser fragmentation consists in focusing a laser radiation into a magnetically agitated drug suspension. In this study, a femtosecond laser was used. The drugs particle size was characterized by dynamic light scattering and scanning electron microscopy. The degradation was evaluated by high performance liquid chromatography. The physicochemical properties of the lyophilized micro/nanocrystals were evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy, x-ray diraction, elemental analysis and dierential scanning calorimetry. The in vitro dissolution kinetics of nanoparticles was also studied. Nanocrystals of naproxen and microcrystals of BDP were successfully produced by laser fragmentation. Particles of dierent sizes (from 500 nm to several micrometers) could be obtained by adjusting the process parameters. Nanonization was accompanied by 2  3 times more chemical degradation than micronization. After the laser process, the chemical composition was mainly conserved (65%  100%), and the change may be attributed to a moderate oxidation occured during laser-drug interaction in water. Drug crystallinity was maintained, but an amorphous form may appear (possibly on the particle surface). The in vitro dissolution rate of laser-nanonized naproxen showed considerable improvements (at least 10 times faster) compared to the untreated drug powder. Laser fragmentation enables the micronization of small quantities of drugs with limited degradation and polymorphic transformation. The nanonization presents more degradation and physico-chemical transformations. The process therefore represents a suitable micronization (and in some cases nanonization) technique for the drug discovery phase, and is of particular interest for poorly water-soluble pulmonary drugs.


identifier: Shekari, A. (2011). N-Butane Partial Oxidation to Maleic Anhydride : Experimental and Kinetic Studies Under Transient Conditions  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse de doctorat présente l'activité transitoire du pyrophosphate de vanadyle (PPV), catalyseur utilisé par la compagnie Dupont pour la synthèse de l'anhydride maléique (AM) par oxydation partielle du n-butane. Les principaux objectifs de ce travail ont été de caractériser l'influence des paramètres ayant attrait à la nature redox du catalyseur afin d'optimiser la productivité d'AM et de proposer un modèle cinétique transitoire, applicable sur une large plage de conditions opératoires. Les principaux facteurs étudiés ont été : la composition des gaz réactifs, le temps d'oxydation du catalyseur, la température et la pression d'opération. La première partie de cette thèse se focalise sur le comportement du PPV en oxydoréduction, qui a été étudié en régime permanent dans un réacteur lit fluidisé de laboratoire. Des données issues du réacteur type lit fluidisé circulant (LFC) de l'entreprise Dupont ont également été analysées quant à la production d'AM. L'objectif était d'étudier l'influence des configurations d'alimentation ainsi que l'injection d'oxygène supplémentaire (i.e. en excès) pour améliorer les taux de production d'AM, dans des réacteurs de diverses échelles. Le réacteur de laboratoire a été équipé d'un injecteur réglable à différentes hauteurs du lit. Le réacteur commercial avait lui aussi la possibilité d'injecter de l'oxygène supplémentaire dans la zone réactionnelle à l'aide de buses d'injections installées à différentes hauteurs du réacteur. Les expériences à l'échelle du laboratoire ont montré que la sélectivité en AM ainsi que la conversion du n-butane augmentaient lorsque l'on diminuait la distance entre le point d'alimentation du n-butane et celui de l'oxygène. Les rendements en AM les plus élevés ont été observés alors qu'on co-alimentait de l'oxygène avec du n-butane à concentration élevée. La même observation a été réalisée dans le réacteur commercial. Le taux de production d'AM pourrait être augmenté de 15 % en alimentant seulement de l'oxygène supplémentaire dans la section inferieure du réacteur (fast bed). Ces résultats suggèrent que le PPV est extrêmement sensible à la configuration du système d'alimentation des gaz réactifs ainsi qu'à la présence d'oxygène en excès lorsque la concentration en n-butane est élevée. L'augmentation du rendement d'AM a été attribuée au maintient d'un état d'oxydation supérieur tout en alimentant suffisamment d'oxygène dans la zone réactionnelle. La majeure partie de cette thèse traite de la caractérisation et de l'optimisation de l'activité transitoire du PPV de Dupont, testées dans un microréacteur (lit fixe). Ces expériences ont eu aussi pour but de proposer un modèle cinétique transitoire. L'opération en LFC a été simulée en alternant les phases d'oxydation et de réduction sur environ 500 mg de catalyseur. Les expériences redox ont été conduites entre 360 et 400 °C et a une pression maximale de 4,1 bar. L'effet de la pression sur la cinétique de cette réaction n'a été que très peu discutée dans la littérature. Un large panel de composition de gaz réactifs et de temps d'oxydation du catalyseur a été étudié dans ce projet, afin de couvrir l'ensemble de la plage opérationnelle communément observée dans les lits fixes industriels, les lits fluidisés ou les réacteurs LFC. Les données transitoires recueillies quant à la production d'AM ont montré que, indépendamment de la composition de l'alimentation, il existe une relation linéaire entre la production d'AM et le temps d'oxydation du catalyseur. Le taux de production d'AM a été amélioré de 50 % en augmentant le temps d'oxydation de 0,3 à 10 minutes, même en condition oxydantes (O2/C4H10 > 3,7). L'amélioration dans les taux d'AM est supposée venir d'une meilleure disponibilité de l'oxygène de surface lorsque le temps d'oxydation est supérieur. Cet effet était même plus prononcé lorsque la concentration de n-butane dans l'alimentation approchait la réduction pure (10 vol. % n-butane dilué dans l'argon). Cependant, en réduction pure, une désactivation majeure du catalyseur a été observée (baisse dans la production d'AM) même après 10 minutes de pré-oxydation. Une faible désactivation a aussi été observée à faible concentration d'oxygène dans l'alimentation. Dans ces conditions, l'oxydation du catalyseur joue un rôle important pour retrouver une activité catalytique. Ces observations, une fois encore, soulèvent l'importance d'une co-alimentation d'oxygène dans le gaz réducteur de façon à conserver une bonne activité catalytique et pour régénérer la surface en permanence. Concernant la composition de l'alimentation, une composition équimolaire de n-butane et d'oxygène (~ 6 vol. %) a été identifiée comme étant la meilleure pour maximiser le taux d'AM. Conformément aux tendances observées dans l'installation commerciale, les données recueillies ont reconfirmé que la performance du LFC pourrait être améliorée par une régénération efficace du catalyseur et une composition optimisée des gaz réactifs. La méthodologie présentée dans cette thèse a été développée de façon à être utile pour la conception et l'optimisation de technologies émergentes similaires, telles que la combustion en boucle chimique (CBC) ou d'autres procédés basés sur une technologie à lits transportés. Une analyse approfondie des données expérimentales a montré que dans des conditions oxydantes (alimentation), l'augmentation de la conversion du n-butane était le principal facteur pour l'amélioration du rendement en AM. Par opposition, pendant une opération en conditions réductrices (O2/C4H10 ≤ 1,1), la sélectivité en AM et la conversion du n-butane ont contribué conjointement à l'amélioration des performances du catalyseur. Une forte dépendance de la conversion du n-butane et de la sélectivité en AM sur la composition de l'alimentation ou sur le temps d'oxydation du catalyseur a alors été observée. Une baisse de la conversion du n-butane à de faibles concentrations d'oxygène peut indiquer que la contribution de l'oxygène de structure est très limitée dans la réaction. Par conséquent, l'oxygène de surface (i.e. disponible) absorbé depuis la phase gazeuse pourrait être considéré comme le facteur principal pour l'activation du n-butane.  À la fois la température et la pression ont montré un effet améliorant sur le rendement en AM. Ces effets ont été encore plus significatifs lorsque la concentration en oxygène dans l'alimentation était plus grande. La sélectivité en AM a chuté d'environ 20 % lorsque la pression du réacteur a été augmentée à 4,1 bar. Cependant, jusqu'à 60 % d'augmentation dans la conversion du n-butane a entrainé une amélioration du rendement global d'AM d'environ 30 %. Une hausse de température a également un effet positif sur la conversion du n-butane. Cependant, la sélectivité en AM était plus ou moins constante lorsqu'assez d'oxygène était alimenté. Ces observations se sont révélées encore plus vraies à plus haute pression. L'effet négatif de la température sur la sélectivité en AM doit cependant être minimisé. La dernière partie de cette thèse présente le modèle cinétique transitoire développé. Malgré la simplicité de son mécanisme, le modèle a pu adéquatement prédire les résultats sur une large gamme de conditions, applicables aux lits fixes, fluidisés et/ou circulants. De plus, l'effet de la pression sur l'activité transitoire du PPV a été inclue dans le modèle, ce qui constitue une avancée majeure, puisque les études précédentes n'en tenaient pas compte. Ce point peut être considéré comme une contribution majeure de cette thèse. Les intervalles de confiance déterminés pour ce modèle, indiquent que ce seul modèle est applicable à pression ambiante ainsi qu'à plus hautes pressions. Le modèle prédit les tendances pour un recouvrement transitoire d'oxygène de surface, ce qui explique le comportement observé durant les essais redox sur le PPV. D'après les donnes récoltées, une plus haute pression aide à obtenir une surface active du catalyseur plus oxydée (en conditions oxydante), alors que, en conditions réductrices, la surface devenait plus réduite. Sous de telles conditions, de plus hautes énergies d'activation ont été observées, ce qui est expliqué par l'accumulation de sites réduits de basse énergie sur la surface. De plus, la chute de la sélectivité en AM est attribuable à l'augmentation de l'énergie d'activation, ce qui implique une diminution du taux sélectif de réaction par la pression.  ABSTRACT: In this research thesis, the transient redox activity of the DuPont's vanadyl pyrophosphate (VPP) catalyst has been studied for partial oxidation of n-butane to maleic anhydride (MA). The main objectives have been to characterize the influence of redox parameters on the catalyst activity with an aim to optimize the MA productivity as well as to propose a transient kinetic model, which could be applied to the relatively wide range of the studied conditions. The major redox parameters include: redox feed composition, catalyst oxidation time, temperature and pressure. In the first part of the thesis, the steady state redox behaviour of the VPP catalyst was analyzed in a lab scale fluidized bed. The industrial reactor data collected in DuPont's commercial circulating fluidized bed (CFB) for MA production were also studied. The objective was to study the effect of different feeding configurations and extra oxygen injection on the observed improvement in the MA production rates at different reactor scales. The lab scale reactor was equipped with a feed sparger adjustable at different bed heights. The commercial scale reactor had also the provisions of feeding extra oxygen to the reaction zone through multiple pre-installed nozzles at different reactor heights.  The lab scale sparger experiments showed that both MA selectivity and n-butane conversion increase by decreasing the distance between n-butane and oxygen feeds. The highest MA yields were achievable by co-feeding oxygen at relatively high n-butane concentrations. The same observation was confirmed in the commercial scale reactor. The MA production rate could be improved by about 15 % only by feeding extra oxygen into the lower section of the fast bed reactor. These findings suggested that the VPP catalyst is extremely sensitive to the reactor feed configuration and the presence of adequate amounts of oxygen is essential for optimal catalytic performance especially at relatively high n-butane concentrations. The improvement in the MA yield was attributed to maintaining higher catalyst oxidation state while providing adequate oxygen to the reaction zone. The major part of this thesis dealt with characterizing and optimizing the transient activity of the DuPont's VPP catalyst in a lab scale micro-fixed bed reactor and proposing a transient kinetic model. The operation of a CFB reactor was simulated by switching between oxidizing and reducing feed compositions over about 500 mg of calcined VPP catalyst. The redox experiments were conducted in the temperature range of 360 to 400 °C and the reactor pressure of up to 4.1 bar. The effect of pressure on VPP kinetics has rarely been considered in the literature. A wide range of redox feed compositions and catalyst oxidation times were studied. The redox conditions essentially covered the entire range of operation, which is typically practiced in the industrial fixed bed, fluidized bed and CFB reactors.  The maleic anhydride transient rate studies revealed that irrespective of the feed composition, there is a linear correlation between the MA productivity and the catalyst oxidation time. The MA production rate was improved by up to 50 % by increasing the catalyst oxidation time from 0.3 to 10 minute even at oxidizing feed conditions (O2/C4H10 > 3.7). The improvement in MA rates was believed to be related to the higher availability of the catalyst's surface oxygen when the oxidation time was longer. This effect was more pronounced as n-butane concentration in the feed approached to pure redox mode (10 vol. % n-butane in argon). However, under the pure redox operation, a major catalyst deactivation (drop in MA rate) was detected even after excessive catalyst pre-oxidation (10 minute). Slight catalyst deactivation was also observed at very low oxygen concentrations in the feed. Under these conditions, the catalyst oxidation step played an important role in recovering the catalyst activity. These observations again highlighted the critical importance of co-feeding oxygen in the reduction feed as well as the adequate catalyst regeneration to preserve the catalytic activity.  With regard to the feed composition, a near equimolar concentration of n-butane and oxygen in the feed (~ 6 vol. %) was found to maximize the MA production rate. In accordance with the previously observed trends in the commercial reactor, the experimental data reconfirmed that the performance of the CFB reactor could be improved by efficient catalyst regeneration and by optimizing feed compositions. The experimental methodology presented in this thesis is believed to be useful in design and optimization of similar emerging technologies such as chemical looping combustion (CLC) as well as other transport bed technologies. Further analysis of the experimental data showed that under oxidizing feed conditions, the increase in n-butane conversion was the major contributor to MA yield improvement. While, during operation at reducing feed conditions (O2/C4H10 ≤ 1.1), both MA selectivity and n-butane conversion contributed to the observed improvement in catalytic performance. Under these conditions, a strong dependency of n-butane conversion and MA selectivity on feed composition or catalyst oxidation time was observed. The drop in n-butane conversion at low oxygen concentrations might indicate that the contribution of the catalyst's structural oxygen in surface reactions is limited. Therefore, the surface adsorbed oxygen from gas phase could be considered as the main responsible for n-butane activation. Both temperature and pressure showed an improving effect on MA yield. These effects were more significant when the concentration of oxygen in the feed was higher. MA selectivity dropped by about 20 % when the reactor pressure increased to 4.1 bar. However, up to 60 % increase in n-butane conversion resulted in an overall MA yield improvement of up to 30 %. Higher temperature increased n-butane conversion. However, MA selectivity was more or less constant provided that adequate oxygen was present in the feed. These effects were more noticeable at higher pressure. Data showed that maximum catalytic performance should be achievable at a higher pressure. However, the negative effect of temperature on MA selectivity had to be minimized. In the last part of this thesis, a transient kinetic model was proposed. Despite its simple mechanism, the kinetic model could successfully predict the data for a wide range of redox conditions, which made it applicable to fixed bed, fluidized bed and CFB reactor operations. Moreover, the effect of pressure on VPP transient activity was considered in the model, which has been rarely studied in the literature. This achievement could be considered as one of the main contribution of this thesis. The estimated confidence intervals for the model parameters suggested that a single model could be applied to both ambient and higher pressures.  The model predicted trends for transient surface oxygen coverage helped explain the observed redox behaviour of the VPP catalyst. According to these data, higher pressure improved the catalyst surface oxidation state under oxidizing feed conditions; while at relatively higher n-butane concentration in the feed, increase in the pressure caused the surface to become more reduced. Under these conditions, the activation energies were estimated to increase for the redox reactions. This increase was attributed to the accumulation of low energy surface reduced sites while operating at reducing feed conditions. Moreover, the drop in the MA selectivity was explained by the increase observed in the activation energy of the selective reaction as well as the decrease in the corresponding reaction rate constant.


identifier: Gédéon, P. (2011). Fusion d'analyseurs syntaxiques pour la production d'une analyse syntaxique robuste  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet GITAN cherche à traduire automatiquement du texte en une animation 3D. Pour ce faire, plusieurs outils robustes doivent être combinés afin de former le pipeline de traduction automatique. Un de ces outils néecessaires est l'analyseur syntaxique. Par contre, la performance actuelle des analyseurs syntaxiques connus ne satisfait pas les besoins du projet. Pour contrer ce problème, nous cherchons  à fusionner les sorties de différents analyseurs pour produire une analyse plus robuste. Notre principal objectif est d'obtenir une performance maximale et non biaisée à partir d'une fusion d'analyseurs. Pour répondre à cet objectif, nous cherchons à identifier une technique de fusion satisfaisante et une combinaison d'analyseurs qui produit le résultat le plus intéressant. Trois variantes d'une même technique de fusion principale, soit la technique de vote, sont implémentées. La technique de vote pondérée par catégorie syntaxique a été identifiée comme la plus performante des trois. Cette technique pondère les sorties des analyseurs en fonction de la catégorie syntaxique du mot analysée. Ces pondérations proviennent d'un entraînement sur corpus. Notre analyseur par fusion produit rarement des arbres syntaxiques invalides. Quand cette anomalie est détectée, nous reconstruisons un arbre syntaxique valide gràce à des algorithmes de découverte d'arbre de recouvrement minimal sur des graphes orientés. Nous avons ensuite ciblé les analyseurs potentiels pour constituer la combinaison d'analyseurs. Avec la technique de fusion développée et la combinaison d'analyseurs identifiée, nous obtenons des gains de performance intéressants par rapport à la performance du meilleur analyseur faisant partie de la combinaison, atteignant des performances d'environ 91 à 93% de précision.  ABSTRACT: The GITAN project aims to translate automatically text to 3D animation. To do so, many robust tools must be combined to form an automatic translation pipeline. One of those necessary tools is a syntactic parser. However, the actual performance of known parsers doesn't satisfy the needs of our project. To counter this problem, we propose to merge the outputs of dierent parsers to generate a more robust analysis. Our main objective is to obtain a maximal and unbiased performance based on parser merging. To achieve this objective, we need to identify a satisfying merging technique and then nd the parser combination producing the most interesting result.  Three variants of the same principal merging technique, the voting technique, have been implemented. The voting technique with weights based on part-of-speech is identied as the most interesting of the three variants. This technique adds weights to the parsers output based on the part-of-speech of the word analyzed. Those weights come from a training on a corpus. Our approach rarely produces invalid syntactic trees. When this anomaly is detected, we reconstruct a valid syntactic tree by applying algorithms discovering minimal spanning trees in directed graphs. We then identied the potential parsers which will be part of the parser combination. With the developed merging technique and the identied parser combination, we obtained interesting gains of performance in function of the performance of the best individual parser, obtaining performances up from 91 to 93% of precision.


identifier: Benbrahim, S.-E. (2011). Défense contre l'attaque d'analyse de trafic dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réseau de capteurs sans fil WSN possède deux modes de fonctionnement, le mode infrastructure où un point d'accès lie les capteurs entre eux, et le mode ad-hoc où les capteurs sont liées directement entre eux. L'architecture de communication entre les capteurs d'un réseau WSN est basée sur différentes couches comme la couche l'application, de transport, de réseau, de liaison/MAC, et la couche physique. Chaque couche a ses propres protocoles de transmissions de données qui peuvent être simulés avec divers outils comme "NS2", "SensorSimil", "SSFNet", "J-Sim", "SENSE", "TOSSIM" et "GlomoSim".   Les réseaux WSN sont omniprésents dans divers domaines tels que la santé et le secteur militaire. Ces réseaux ont plusieurs avantages comme la facilité de déploiement massif de leurs capteurs, la protection et la supervision des applications critiques, et le fonctionnement en continu du réseau à temps réel.    Cependant, les attaques de dénis de service, comme l'attaque d'analyse de trafic, peuvent avoir des impacts négatifs sur les applications critiques des réseaux WSN, minimisant ainsi la sécurité au sein de ces réseaux. Donc, il est important de sécuriser ces réseaux afin de maintenir leur efficacité. Comme les capteurs sont incapables de traiter leur sécurité d'une manière autonome, une approche globale de la sécurité contre les attaques devient indispensable.     Les attaques dans les réseaux WSN, dont les dénis de service font partie, ciblent les informations en circulation. Ces dénis de service se caractérisent par un type d'utilisateur, par un type de service partagé, et par un temps d'attente raisonnable. Plusieurs mécanismes de sécurité de réseaux WSN sont utilisés afin de contrer les effets des dénis de service.    Notre étude s'intéresse spécifiquement à l'attaque d'analyse de trafic. Elle en décrit la démarche aboutissant à la localisation de la station de base pour ensuite l'isoler du reste du réseau, et rendre ainsi le réseau WSN désuet. Notre technique de protection utilisée est la génération aléatoire de faux trafic autour d'une fausse station de base mobile. Ce faux trafic est généré par des capteurs collaborateurs, qui injectent dans le réseau WSN du faux trafic à destination de la fausse station de base. L'élection de la fausse station de base et des capteurs collaborateurs est aléatoire. La validation de la technique proposée se fait avec une simulation J-Sim. Notre technique est faisable dans un réseau doté d'une station de base unique, et son application peut s'étendre à un réseau muni de plusieurs stations de base. L'inconvénient de notre solution est la consommation additionnelle élevée des ressources énergétiques des capteurs du réseau WSN protégé.    En conclusion, les réseaux WSN peuvent être protégés de l'attaque d'analyse de trafic par l'utilisation d'une partie de leurs réseaux pour générer du faux trafic perturbant ainsi le mouvement de l'attaquant. Mots clés: Réseaux de capteurs sans fil (WSN), Dénis de service (DoS), Sécurité de WSN, Attaque d'analyse de trafic, Fausse station de base mobile.  ABSTRACT: The WSN has two modes, infrastructure mode where an access point connects the sensors between them, and the ad-hoc mode where the sensors are connected together directly. The communication architecture between sensors in a WSN is based on various layers: application, transport, network, link/MAC, and physical layer. Every layer has its own protocols of data transmissions, which can be simulated with different tools like: "NS2", "SensorSimil", "SSFNet", "J-Sim", "SENSE", "TOSSIM", and "GlomoSim". These WSN are omnipresent in several domains like health and military sectors. These networks have several advantages like their easiest massive deployment of its sensors, the protection and the supervision of the critical applications, and the nonstop functioning of the real time network. However, denials of service attacks, like traffic analysis attack can have negative impacts on the critical applications of the WSN, thus minimizing safety within these networks, so these networks require an important security against these DoS to maintain its efficiency. As sensors are incapable of handling their own security in an autonomous way, the security in the WSN becomes difficult, and a global approach of the security against attacks becomes indispensable. Attacks in the WSN network, including denials of services, target information in circulation. These denials of services are characterized by user type, by shared service type, and by reasonable latency. Several mechanisms of securing WSN are used, in order to counter the effects of denials of services. Our study discusses particularly the traffic analysis attack. It describes the approach leading to the localization of the base station, for then insulating it from the network, and thus making WSN network obsolete. Our protection technique uses the random generation of false traffic, around a mobile false base station. This false traffic is generated by collaborator sensors, which inject the false traffic to the false base station. The election of the false base station and the collaborator sensors is random. This technique is validated with J-Sim that confirms its good running. This base station protection technique is feasible in a network equipped with a single base station, and its application can be extended to a network provided with several base stations. The disadvantage of our solution is the high additional energy resource consumption of the sensors of a protected WSN. In conclusion, WSN can be protected from the analysis traffic attack by using a portion of the network sensors to generate a false traffic, thus disrupting the movement of the attacker. Keywords: Wireless sensors Network (WSN), Denials of services (DoS), WSN security, Traffic analysis attack, Mobile false base station.


identifier: Montealegre Lobo, L. (2011). First Simulink Benchmark for Off-Line and Real-Time Simulation of More-Electric Aircraft (MEA) Electrical Power System  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le concept des avions plus-électrique est une nouvelle cible technologique pour les fabricants d'avions. Il concerne la réduction du poids de l'avion, de la consommation de carburant et l'amélioration de l'efficacité de l'énergie. Tous ces éléments constituent des avantages potentiels importants. Les avions conventionnels utilisent les puissances hydraulique, mécanique, pneumatique et électrique en tant que sources d'énergie. Pour augmenter l'efficacité de ces systèmes, des études sont effectuées dans le but d'augmenter la part d'énergie électrique utilisée dans les avions pour la génération, la distribution et l'utilisation de la puissance électrique. Parallèle à l'augmentation de l'efficacité, le nombre et la qualité des études techniques relatives aux étapes de conception, design et essais de validation, doivent aussi être augmentés et/ou améliorées. Les modèles mathématiques et les outils de simulation constituent des moyens efficaces permettant de prédire le comportement du réseau électrique, corriger des erreurs de design, éliminer certaines étapes de prototypage et réduire le temps d'essai des composantes. Les outils de simulations peuvent augmenter la robustesse des systèmes tout en réduisant les essais dispendieux au sol et en vol. De plus, les outils de simulation offrent une infinité d'options pour l'étude d'un grand nombre de scénarios d'opération et pour l'optimisation. Les outils de simulation modernes deviennent de plus en plus sophistiqués et permettent, si les données sont disponibles, de créer des modèles très près de la réalité autant pour les composants que pour les systèmes. La simulation en temps réel permet de faire des essais sur des équipements réels (« hardware-in-the-loop ») pour valider des modèles et déterminer des paramètres. Ce mémoire de maîtrise présente un premier test de simulation et d'analyse pour le réseau électrique du Global Express de Bombardier. Les simulations sont effectuées en temps différé et en temps réel. Les outils utilisés sont Simulink pour la simulation en temps différé et le simulateur OPAL-RT basé sur Simulink pour la simulation en temps réel. Cette recherche sert à définir les goulots de modélisation ainsi que les besoins au niveau des données nécessaires à la modélisation. Ce mémoire établit aussi les besoins de validation et de mesure pour la modélisation d'un avion plus électrique. La simulation en temps réel est particulièrement contraignante et ce mémoire a permis de tester une nouvelle méthode de résolution en temps réel.  ABSTRACT: Conventional aircrafts use hydraulic, mechanical, pneumatic and electrical energy sources to supply their systems. In order to increase the efficiency of such systems, it is needed to increase the penetration level of electrical systems and components in aircrafts for generating, distributing and utilizing electrical power. An important step is to develop numerical models for studies related to the conception, design and testing stages. Mathematical modeling and simulation tools constitute an efficient approach for predicting operational behaviour, correcting design errors, eliminating prototyping steps and reducing component and overall testing cycles. Simulation tools can increase system robustness while reducing expensive ground and flight tests on the actual aircraft. Moreover, simulation tools offer limitless options for studying huge numbers of operational scenarios and detecting failure conditions. Modern simulation tools for electrical circuits and systems have become very sophisticated and, if data is available, can be used to create extremely precise models for components and complete systems. Real-time simulation tools allow testing actual physical components (hardware-in-the-loop) and can be used to validate models and derive model parameters. This research presents an initial benchmark for the simulation and analysis of the Bombardier Global Express aircraft electrical power system. Both for off-line and real-time simulations are considered. The considered tools are Simulink for off-line simulations and the Opal-RT simulator (based on Simulink) for real-time simulations. These tools allow achieving advanced models and testing the aircraft system in a high scope of scenarios. The research identifies modeling bottlenecks and data needs, establishes validation needs and proposes measurement tests for qualifying component models. It is established that the real-time simulation of the developed power system is particularly complex. An available and new real-time simulation method is tested at the end and demonstrates the need for further research.


identifier: Shamsipour, P. (2011). 3D Stochastic Inversion and Joint Inversion of Potential Fields for Multi Scale Parameters  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette these nous presentons le developpement de nouvelles methodes d'inversion pour l'interpretation des champs de potentiel (donnees gravimetriques et magnetiques). Les methodes gravimetrique et magnetique sont parmi les plus utilisees et les plus economiques pour l'exploration petroliere et miniere. Les nouvelles methodes tiennent compte du probleme recurrent de la non-unicite des inversions avec ces types de donnees. La these comprend trois articles (un quatrieme article est presente en annexe), qui ont ete publies, ou soumis, dans des revues scientiques reputees. Le but de cette these est'introduire de nouvelles methodes d'inversion en 3D basees sur des approches geostatistiques pour : 1) l'inversion des donnees du potentiel magnetique, 2) l'inversion multi-echelle utilisant des donnees de surface et des forages et 3) l'inversion conjointe (gravite et magnetisme) de donnees geophysiques de champs de potentiel. Nous presentons d'abord une methode d'inversion stochastique des donnees magnetiques basee sur une approche geostatistique (cokrigeage) permettant d'estimer les susceptibilites dans un modele 3D decoupe en blocs. Nous evaluons l'incertitude sur le modele de param etres en utilisant des simulations geostatistiques conditionnelles (aux donnees observees)obtenues par post-conditionnement par cokrigeage. Les champs magnetiques correspondant aux champs de susceptibilites obtenus par ces inversions reproduisent chacun les donnees observees si l'on admet l'absence de bruit sur les donnees. En presence de bruit, ils reproduisent les donnees a un niveau compatible avec l'importance du bruit tel que decrit par l'eet de pepite des modeles de covariance. An d'attenuer la tendance naturelle de la structure estimee a se retrouver pres de la surface, une ponderation en fonction de la profondeur est proposee et incluse dans le systeme de cokrigeage. Nous montrons toutefois les dicultes pratiques de cette approche par ponderation en fonction de la profondeur.  ABSTRACT: In this thesis we present the development of new techniques for the interpretation of potential eld (gravity and magnetic data), which are the most widespread economic geophysical methods used for oil and mineral exploration. These new techniques help to address the long-standing issue with the interpretation of potential elds, namely the intrinsic nonuniqueness inversion of these types of data. The thesis takes the form of three papers (four including Appendix), which have been published, or soon to be published, in respected international journals. The purpose of the thesis is to introduce new methods based on 3D stochastical approaches for: 1) Inversion of potential eld data (magnetic), 2) Multiscale Inversion using surface and borehole data and 3) Joint inversion of geophysical potential eld data. We rst present a stochastic inversion method based on a geostatistical approach to recover 3D susceptibility models from magnetic data. The aim of applying geostatistics is to provide quantitative descriptions of natural variables distributed in space or in time and space. We evaluate the uncertainty on the parameter model by using geostatistical unconditional simulations. The realizations are post-conditioned by cokriging to observation data. In order to avoid the natural tendency of the estimated structure to lay near the surface, depth weighting is included in the cokriging system. Then, we introduce algorithm for multiscale inversion, the presented algorithm has the capability of inverting data on multiple supports. The method involves four main steps :i. upscaling of borehole parameters (It could be density or susceptibility ) to block parameters, ii. selection of block to use as constraints based on a threshold on kriging variance, iii. inversion of observation data with selected block densities as constraints, and iv. downscaling of inverted parameters to small prisms. Two modes of application are presented : estimation and simulation.


identifier: Belderrar, A. (2011). Extraction des sous-graphes : identification des microarchitectures dans les logiciels évolutifs orientés objets  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les développeurs introduisent des nouvelles microarchitectures, et des microarchitectures non documentées lorsqu'ils effectuent des tâches d'évolution sur les applications orientées objets. Nous nous intéressons à chercher la relation entre les microarchitectures et les propriétés telles que la stabilité et les défauts. Nous proposons une nouvelle approche basée sur l'extraction des sous-graphes, un nouvel algorithme, et un outil SGFinder permettant de recenser d'une manière efficace et exhaustive les microarchitectures dans le diagramme des classes des petits et moyens systèmes orientés objets. Une fois que nous énumérons toutes les occurrences des microarchitectures, nous les exploitons pour identifier leurs propriétés souhaitables, comme la stabilité, ou leurs propriétés indésirables, comme les changements et la prédisposition aux défauts. Nous avons effectué une étude empirique pour vérifier la faisabilité de notre approche, en appliquant l'outil SGFinder sur le diagramme des classes de plusieurs versions de deux systèmes orientés objets Rhino et ArgoUml. Nous identifions les microarchitectures les plus et les moins prédisposées aux défauts, et les plus et les moins prédisposées aux changements. Finalement, nous concluons que le nouvel outil SGFinder ouvre plusieurs voies pour d'autres éventuelles recherches. Mots-clefs : Microarchitectures, changements et défauts des logiciels, maintenance et évolution des logiciels.  ABSTRACT: Developers introduce novel and undocumented micro-architectures when performing evolution tasks on object-oriented applications. We are interested in understanding whether those organizations of classes and relations can bear, much like cataloged design and anti-patterns, potential harm or benefit to an object-oriented application. We present SGFinder, a sub-graph mining approach and tool based on an efficient enumeration technique to identify recurring micro-architectures in object-oriented class diagrams. Once SGFinder has detected instances of micro-architectures, we exploit these instances to identify their desirable properties, such as stability, or unwanted properties, such as change or fault proneness. We perform a feasibility study of our approach by applying SGFinder on the reverse-engineered class diagrams of several releases of two Java applications: ArgoUML and Rhino. We characterize and highlight some of the most interesting micro-architectures, the most faults prone and the most stable, and conclude that SGFinder opens the way to further interesting studies. Keywords: Micro-architectures, software changes and faults, software maintenance and evolution.


identifier: Lavoie, T. M. (2011). Analyse des propriétés structurelles et computationnelles des clones logiciels  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La détection des clones est une discipline dynamique du génie logiciel consacrée à la recherche et l'analyse de similitude à l'intérieur des logiciels. Ces similitudes peuvent être à l'intérieur de tous les artefacts d'un produit logiciel, mais cette discipline se consacre principalement à celles présentes dans le code source. Les travaux présentés dans ce mémoire sont consacrés à l'étude de certaines propriétés structurelles et computationnelles des clones logiciels syntaxiques et lexicaux ; les clones sémantiques ne sont pas formellement abordés dans ces travaux. Dans un premier temps, une analyse des relations structurelles entre les clones a été réalisée. Les clones considérés sont produit par la méthode de détection des clones basée sur les métriques d'AST. Contrairement à la très grande majorité des autres travaux présents dans la littérature, qui s'intéressent exclusivement aux fonctions ou aux méthodes comme unité minimale de clonage, ces travaux s'intéressent à la fois aux relations impliquant des fonctions et des blocs, engendrant ainsi trois relations d'intérêt : les clones fonction à fonction, bloc à bloc et fonction à bloc. Les conclusions de l'étude indiquent clairement l'intérêt de s'intéresser à ces relations et l'insuffisance de la réduction de l'espace de recherche composé de tous les fragments de code d'un programme à celui restreint aux fonctions. Les résultats présentés dépendent seulement partiellement de la méthode ; l'intérêt des relations présentées est indépendant tandis que les résultats spécifiques présentés sont dépendants. Dans un second temps, une étude a été réalisée sur l'applicabilité d'algorithmes écrits sur GPU pour le problème de postfiltrage des clones. Le filtrage est une pratique répandue dans les outils de détection de clonage pour améliorer la précision des résultats. La technique choisie ici est celle du filtrage avec le calcul de la plus longue sous-séquence commune (LCS). Cet algorithme se parallélise aisément et se porte sans heurt sur une architecture GPU; il est donc un candidat idéal. La conversion de l'algorithme classique de programmation dynamique pour le calcul de la LCS est présenté avec plusieurs considérations techniques pour faciliter son implémentation. Les résultats de l'application de l'algorithme sur deux systèmes de grande taille, Tomcat et Eclipse, sont présentés. Les temps d'exécution de l'algorithme sur GPU sont inférieurs à ceux obtenus sur CPU, même si le facteur d'accélération total est relativement petit (de l'ordre de 1.2). Cette accélération est inférieure aux attentes et quelques pistes d'explication sont fournies. Dans un dernier temps, la réalisation d'oracles automatisés basés sur la distance de Levenshtein est présentée. Pour la détection des clones, un oracle consiste en un ensemble de clones jugé exact pour fin de comparaison de différents outils. Ce résultat est une grande nouveauté puisqu'il prouve l'applicabilité de la distance de Levenshtein sur de grands systèmes en utilisant une quantité raisonnable de ressources. Pour arriver à calculer ces oracles, les fragments des systèmes sont insérés dans un arbre de métriques qui se construit en répartissant les fragments en fonction de leur distance de Levenshtein. L'utilisation des arbres de métriques dans des expériences de détection des clones est une nouveauté et les oracles obtenus sont prometteurs. Différentes statistiques sur les oracles sont présentées. On remarque selon ces chiffres que le nombre de pairs de clones est très petit par rapport au nombre de paires total possible dans un système. Cela explique le gain de performance notable de la nouvelle méthode présentée par rapport à une recherche exhaustive.  ABSTRACT: Clone detection is a widely known research area of software engineering, which goal is to enhance programs understanding and detect potential bugs as well as re-factoring opportunities. The focus of this research area is on finding and analyzing self-similarities in source code. This thesis focuses on structural and computational properties of clones. First, a structural classification scheme of clones is presented. Many studies have researched properties of function clones. These studies did not take in consideration the possible presence of clones in smaller or bigger computational unit. Moreover, they relied on the hypothesis that clone code preserves completely the syntactic structure between fragments. To challenge this hypothesis, classification scheme and algorithm are presented in this work and are applied to clone sets of different systems. Results show that clones can belong to at least three types of structural relationship: method-method, block-block, and method-block. Examples are provided and support the usefulness of such classification. As a result, it mitigates the choice of performing clone analysis only on functions and suggest to focus on other computational units. Second, an attempt to port some clone-related computation to GPU is presented. To enhance results quality, it is often required to filter clone analysis results with precise but computationally expensive algorithm. The length of the longest common sub-sequence is a good candidate for such a filter and is used by many in the literature. However, its computational cost is prohibitive in many cases. To overcome the cost, a port on GPU of the algorithm specialized for clone detection is proposed. The observed execution times suggest however that little gain is obtained for clone filtering problems. Discussion of this unexpected result is provided along with ideas of other possible GPU applications to clone detections. Finally, an original algorithm to compute clone oracles is presented. An oracle is a set of clones presumed to be of good quality and used to benchmark clone detection tools results quality. This result is of great importance to the clone community as it provides the first automatically-generated oracle based on an objective algebraic criterion. It also gives insight on computational difficulties of computing good clone results. The key point of the technique is to observe the computational bottleneck of exhaustive search is the space search size and not the distance computation, even for complex distance. Using this knowledge, a metric tree-based algorithm is presented to compute oracles. Details of the computed oracles are presented. After these topics discussions, the thesis is concluded with future research possibilities.